آشنایی با انواع پروتکل‌های مسیریابی در شبکه‌های کامپیوتری

شبکه‌های کامپیوتری می‌توانند به بخش‌های مختلفی تقسیم شوند که بر مبنای پروتکل‌های مختلف با معماری‌های متفاوت با یکدیگر در ارتباط باشند. در این مدل شبکه‌ها به‌کارگیری پل (Bridge) برای حفظ سرعت ارتباطات میان بخش‌های مختلف شبکه عملکرد قابل قبولی ندارند. در شبکه‌های سازمانی که عمدتا بر مبنای معماری‌های پیچیده و چند لایه پیاده‌سازی می‌شوند، به تجهیزاتی نیاز است که ضمن دارا بودن خواص پل و قابلیت تفکیک یک شبکه به بخش‌های کوچک‌تر، قابلیت تعیین مسیر را نیز داشته باشد. هنگامی‌ که دستگاهی چند مسیر برای رسیدن به یک مقصد دارد، همواره مسیری که نسبت به دیگران ارجحیت دارد را انتخاب می‌‌کند. این فرآیند انتخاب به‌نام مسیریابی (Routing)  شناخته می‌‌شود. مسیریابی لایه شبکه از طریق مسیریاب‌ها (روتر) انجام می‌‌شود. مسیریاب‌ها بر اساس اطلاعات موجود در جداول مسیریابی، بهترین مسیر عبور داده‌ها را تعیین می‌کنند. در ساده‌ترین تعریف، مسیریابی به فرآیند انتقال اطلاعات روی یک مسیر مشخص از مبدا به مقصد اشاره دارد. روی شبکه‌های TCP/IP مبدا و مقصد هر دو میزبان (host) نامیده می‌شوند، در این شبکه‌ها اطلاعات به بسته‌هایی شکسته می‌شوند و بعد میان میزبان‌ها مبادله می‌شوند. پروتکل‌های مسیریابی مشخص می‌کنند که داده‌های شما چگونه باید به مقصد برسند و کمک می‌کنند تا فرآيند مسیریابی تا حد امکان راحت‌تر انجام شود. امروزه پروتکل‌های مسیریابی مختلفی در دسترس سرپرستان شبکه قرار دارد که این تنوع باعث شده تا انتخاب گزینه مناسب کار سختی شود. بر همین اساس در این مقاله تصمیم گرفتیم به معرفی چند مورد از پروتکل‌های مسیریابی مطرح بپردازیم. 

از مهم‌ترین پروتکل‌های مسیریابی به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

•  پروتکل اطلاعات مسیریابی یا Routing Information Protocol (RIP)
•  پروتکل دروازه داخلی یا Interior Gateway Protocol (IGRP)
• پروتکل ابتدا کوتاه‌ترین مسیر را انتخاب کن یا Open Shortest Path First (OSPF)
• پروتکل دروازه خارجی یا Exterior Gateway Protocol (EGP)
•  پروتکل مسیریابی دروازه داخلی پیشرفته یا Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP)
•  پروتکل دروازه‌ مرزی یا Border Gateway Protocol (BGP)
• پروتکل سامانه حد واسط به سامانه حد واسط Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS)

قبل از آن که به بررسی جزئیات هر یک از این پروتکل‌ها بپردازیم، بهتر است ابتدا به دسته‌بندی‌های حاکم بر این پروتکل‌ها نگاهی داشته باشیم. پروتکل‌های مسیریابی را می‌توان به شرح زیر طبقه‌بندی کرد:

•  پروتکل‌های بردار فاصله (Distance Vector) و وضعیت پیوند(Link State)
•  پروتکل‌های دروازه داخلی (IGP) یا پروتکل‌های دروازه خارجی (EGP)
•  پروتکل‌های Classful یا Classless

پروتکل‌های بردار فاصله و وضعیت پیوند 

• پروتکل‌های مسیریابی بردار فاصله (Distance-vector routing protocol) پروتکل‌هایی هستند که از معیار فاصله برای تعیین بهترین مسیر برای بسته‌های درون یک شبکه استفاده می‌کنند. این پروتکل‌ها فاصله را بر اساس این که داده‌ها باید چند هاپ (HOP) را پشت سر بگذارند تا به مقصد برسند اندازه‌گیری می‌کنند. تعداد هاپ‌ها همان تعداد روترهایی است که بسته‌ها باید تا رسیدن به مقصد از آن‌ها عبور کنند. پروتکل‌های مسیریابی بردار فاصله یک جدول مسیریابی را برای دستگاه‌های مجاور ارسال می‌کنند. از آن‌جایی که در این روش استقرار تجهيزات به مدیریت خاصی نیاز نیست، مدیران شبکه دردسر کمتری برای نظارت بر شبکه‌ها متحمل می‌شوند. تنها مشکل روش فوق این است که پروتکل‌های بردار فاصله برای ارسال جداول مسیریابی به پهنای باند بیشتری نیاز دارند و ممکن است در چرخه‌های مسیریابی گرفتار شوند.

پروتکل‌های مسیریابی وضعیت پیوند

• پروتکل‌های مسیریابی وضعیت پیوند (Link State Routing Protocols) برای پیدا کردن بهترین مسیر از رویکرد متفاوتی استفاده می‌کنند و اطلاعات را با روترهای دورتر از همسایگان خود به‌اشتراک می‌گذارند. در این شیوه نرخ تبادل داده‌ها در فرآیند مسیریابی بر اساس سرعت رسیدن بسته‌ها به مقصد محاسبه می‌شود. این نوع از پروتکل‌ها از یک الگوريتم برای انجام این‌کار استفاده می‌کنند. یکی از تفاوت‌های اصلی این پروتکل با پروتکل بردار فاصله این است که پروتکل‌های وضعیت پیوند جداول مسیریابی را ارسال نمی‌کنند و به جای آن‌ روترها وقتی تغییرات مسیر شناسایی می‌شوند این موضوع را به یکدیگر اطلاع می‌دهند. روترهایی که از پروتکل وضعیت پیوند استفاده می‌کنند سه نوع جدول شامل جدول همسایه، جدول توپولوژی و جدول مسیریابی را ایجاد می‌کنند. جدول همسایه اطلاعات مربوط به روترهای مجاور را ذخيره می‌کند، جدول توپولوژی کل توپولوژی شبکه را ذخيره می‌کند و جدول مسیریابی کارآمدترین مسیرها را در خود نگهداری می‌کند.

IGP و EGP

می‌توان پروتکل‌های مسیریابی را به عنوان پروتکل دروازه داخلی (IGP) سرنام Interior Gateway Protocol  طبقه‌بندی کرد. IGP‌ها پروتکل‌هایی هستند که اطلاعات مسیریابی را با سایر روترهای درون یک سیستم خودمختار (AS) مبادله می‌کنند. یک AS به عنوان یک شبکه یا مجموعه‌ای از شبکه‌های تحت کنترل یک سازمان تعریف می‌شود. بنابراین AS شرکت جدا از AS تامین‌کننده خدمات اینترنت (ISP) است. هر یک از پروتکل‌های زیر به عنوان یک IGP طبقه‌بندی می‌شوند:

•  پروتکل ابتدا کوتاه‌ترین مسیر را باز کن (OSPF) سرنام Open Shortest Path First 
• پروتکل اطلاعات مسیریابی (RIP) Routing Information Protocol 
•  پروتکل سامانه حد واسط به سامانه حد واسط  (IS-IS) سرنام Intermediate System-to-Intermediate System 
•  پروتکل مسیریابی دروازه داخلی پیشرفته  (EIGRP) سرنام Enhanced Interior Gateway Routing Protocol 

** از طرف دیگر، EGP‌ها پروتکل‌های مسیریابی هستند که اطلاعات مسیریابی را بین روترها در سیستم‌های خودمختار متفاوت منتقل می‌کنند. این پروتکل‌ها پیچیده‌تر هستند. BGP تنها پروتکل EGP است که سرپرستان شبکه با آن در تعامل هستند. از EGP‌های مطرحی که معماران شبکه به شکل گسترده از آن‌ها استفاده می‌کنند به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

•  پروتکل دروازه‌ مرزی (BGP) سرنام Border Gateway Protocol 
•  پروتکل دروازه خارجی (EGP) سرنام Exterior Gateway Protocol 
• پروتکل مسیریابی InterDomain ایزو (IDRP) سرنام The ISO’s InterDomain Routing Protocol 

انواع پروتکل‌های مسیریابی 

جدول تاریخچه پروتکل‌های مسیریابی 

• 1982 – EGP
• 1985 – IGRP 
• 1988 – RIPv1 
• 1990 – IS-IS
• 1991 – OSPFv2
• 1992 – EIGRP
• 1994 – RIPv2
• 1995 – BGP
• 1997 – RIPng
• 1999 – BGPv6 and OSPFv3
• 2000 – IS-ISv6

پروتکل اطلاعات مسیریابی (RIP)

• پروتکل اطلاعات مسیریابی (RIP) یکی از اولین پروتکل‌های مسیریابی طراحی شده است. RIP در شبکه‌های محلی (LAN) و شبکه‌های گسترده (WAN) و همچنین لایه کاربرد مدل OSI استفاده می‌شود. نسخه‌های مختلفی از RIP از جمله RIPv1 و RIPv2 وجود دارد. نسخه اصلی (RIPv1) مسیرهای شبکه را بر اساس مقصد آی‌پی و شمارش هاپ‌ها تعیین می‌کند. RIPv1 با انتشار جدول آی‌پی خود به تمام روترهای متصل به یک شبکه با آن شبکه ارتباط برقرار می‌کند. RIPv2 کمی‌ پیچیده‌تر است و جدول مسیریابی خود را به یک آدرس مالتی‌کست ارسال می‌کند. 

پروتکل دروازه داخلی (IGRP)

• پروتکل دروازه داخلی (IGRP)یک پروتکل مسیریابی بردار فاصله ارائه شده توسط سیسکو است. IGRP بر پایه معماری RIP ساخته شده تا به شکل کارآمدتری درون شبکه‌های متصل بزرگ‌تر عمل کند. IGRP از معیارهایی مثل پهنای باند، زمان تاخیر، قابلیت اطمینان و بارگیری استفاده می‌کند تا وضعیت دسترسی به روترهای درون شبکه را مقايسه کند. با این‌حال، در تنظیمات پیش‌فرض IGRP تنها از پهنای باند و زمان تاخیر استفاده می‌شود. IGRP برای شبکه‌های بزرگ‌تر مناسب است، زیرا به‌روزرسانی‌های خود را هر 90 ثانیه منتشر می‌کند و حداکثر 255 ها‌پ دارد. 

پروتکل ابتدا کوتاه‌ترین مسیر را باز کن (OSPF)

• پروتکل ابتدا کوتاه‌ترین مسیر را باز/انتخاب کن (OSPF) یک پروتکل مسیریابی وضعیت-پیوند از نوع IGP است که برای شبکه‌های آی‌پی مبتنی بر الگوريتم ابتدا کوتاه‌ترین مسیر (SPF) را استفاده کن طراحی شده است. از الگوريتم مسیریابی SPF برای محاسبه کوتاه‌ترین مسیر برای نقل و انتقال موثر بسته‌های داده‌ای استفاده می‌شود. در این روش روترهای OSPF از پایگاه‌های داده حاوی اطلاعات مربوط به توپولوژی شبکه نگه‌داری می‌کنند. این پایگاه داده با داده‌‌های دریافتی از پروتکل LSAs سرنام Link State Advertisements  که توسط سایر روترها ارسال می‌شود پر می‌شود. OSPF همچنین از الگوريتم Dijkstra برای محاسبه مجدد مسیرهای شبکه در زمان‌هایی که توپولوژی تغییر کرده استفاده می‌کند. همچنین این پروتکل نسبتا ایمن است، زیرا می‌تواند برای امن نگه داشتن داده‌ها تغییرات پروتکل را تایید کند. این پروتکل به دلیل انعطاف‌پذیری و قابلیت گسترش در محیط‌های بزرگ توسط بسیاری از سازمان‌ها استفاده می‌شود. 

پروتکل‌های دروازه خارجی (EGP)

• پروتکل دروازه خارجی (EGP) برای تبادل داده بین میزبان‌هایی که در سیستم‌های خودمختار در مجاورت یکدیگر قرار دارند استفاده می‌شود. به عبارت ديگر EGP یک مکانیزم ارتباطی برای روترها فراهم می‌کند تا اطلاعات دامنه‌های مختلف را به‌اشتراک بگذارند. معروف‌ترین نمونه از یک EGP خود اینترنت است. جدول مسیریابی پروتکل EGP شامل روترهای شناخته شده، هزینه مسیر و آدرس شبکه دستگاه‌های مجاور است. EGP در گذشته به میزان زیادی توسط سازمان‌های بزرگ استفاده می‌شد، اما بعد از مدتی با BGP جایگزین شد. پروتکل فوق به این دلیل محبوبیت خود را از دست داد که از محیط‌های شبکه‌سازی چند مسیره پشتیبانی نمی‌کرد. پروتکل EGP برای آن‌که بتواند به بهترین شکل کار کند از یک پایگاه داده خاص‌منظوره استفاده می‌کند. این پایگاه داده اطلاعات مربوط به شبکه‌های مجاور و جهت‌های مسیریابی را نگه‌داری می‌کند. پروتکل EGP اطلاعات مسیر را برای روترهای موجود در شبکه ارسال می‌کند. 

پروتکل مسیریابی دروازه داخلی پیشرفته (EIGRP)

• پروتکل مسیریابی دروازه داخلی پیشرفته (EIGRP) یک پروتکل مسیریابی بردار فاصله است که برای شبکه‌های آی‌پی، AppleTalk و NetWare طراحی شده است. EIGRP پروتکل اختصاصی سیسکو است که طراحی آن بر پایه پروتکل اصلی IGRP صورت گرفته است. زمانی که از EIGRP استفاده می‌شود یک روتر اطلاعات را از جداول مسیریابی همسایگان خود دریافت می‌کند و آن‌ها را ضبط می‌کند. هر زمان تغییری اتفاق می‌افتد روتر اطلاعات جدید را برای همسایگان خود ارسال می‌کند. به این شكل روترهای مجاور از آن‌چه در دستگاه‌های اطراف می‌گذرد آگاه می‌شوند. EIGRP برای به حداکثر رساندن کارایی از فناوری‌ها و پروتکل‌های خاصی همچون RTP سرنام Reliable Transport Protocol  و DUAL سرنام Diffusing Update Algorithm  استفاده می‌کند. در این روش بسته‌ها به شکل کارآمدتری ارسال می‌شوند، زیرا مسیرها بازنگری و محاسبه می‌شوند تا به فرآیند همگرایی سرعت داده شود.

پروتکل دروازه مرزی (BGP)

• پروتکل دروازه مرزی (BGP) پروتکل مسیریابی اینترنت است که به عنوان یک پروتکل بردار فاصله طبقه‌بندی شده است. BGP با رویکرد غیر متمرکز در مسیریابی طراحی شد تا جایگزین EGP شود. الگوريتم انتخاب بهترین مسیر در BGP بهترین مسیرها را برای نقل و انتقال بسته‌ها انتخاب می‌کند. اگر تنظیمات را تغییر نداده باشید، BGP مسیرهایی که کمترین فاصله تا مقصد دارند را انتخاب می‌کند. با این‌حال، خیلی از مدیران شبکه ترجيح می‌دهند تصمیمات مسیریابی را متناسب با نیازهای خود تغییر دهند. BGP تنها زمانی داده‌های جدول مسیریابی به‌روزرسانی شده را ارسال می‌کند که تغییراتی اتفاق افتاده باشد. در نتیجه هیچ شناسایی خودکاری از تغییرات توپولوژی وجود ندارد و کاربر باید BGP را به‌طور دستی پیکربندی کند. به منظور افزایش سطح امنیت، پروتکل BGP می‌‌تواند احراز هویت شود تا فقط روترهای تایید شده بتوانند داده‌ها را با یکدیگر مبادله کنند.

پروتکل سامانه حد واسط به سامانه حد واسط (IS-IS)

• پروتکل سامانه حد واسط به سامانه حد واسط  (IS-IS) یک پروتکل وضعیت پیوند، مسیریابی آی‌پی و پروتکل IGPP است که در اینترنت برای ارسال اطلاعات مسیریابی آی‌پی استفاده می‌شود. IS-IS از یک نسخه اصلاح شده از الگوريتم Dijkstra استفاده می‌کند. شبکه‌های مبتنی بر پروتکل IS-IS از طیف گسترده‌ای از مولفه‌های مختلف شامل سیستم‌های نقطه پایانی (دستگاه‌های کاربر)، سیستم‌های میانی (روتر)، نواحی و دامنه‌ها تشکیل شده‌اند. در پروتکل IS-IS روترها در گروه‌هایی تحت عنوان نواحی (areas) سازمان‌دهی می‌شوند و با ترکیب چند ناحیه یک دامنه ساخته می‌شود. دو نوع آدرس شبکه NSAP سرنام Network Service Access Point  و NET سرنام Network Entity Title  توسط IS-IS استفاده می‌شود.

پروتکل‌های مسیریابی Classful یا Classless

• پروتکل‌های مسیریابی را می‌توان به دو دسته classful و classless طبقه‌بندی کرد. تمایز بین این دو کلاس به نحوه انجام به‌روزرسانی‌های مسیریابی بر می‌گردد. 

پروتکل‌های مسیریابی Classful

• پروتکل‌های مسیریابی Classful در زمان به‌روزرسانی مسیریابی اطلاعات ماسک زیرشبکه را ارسال نمی‌کنند، در حالی که در مسیریابی classless این‌کار انجام می‌شود. RIPv1 و IGRP به عنوان پروتکل‌های classful در نظر گرفته شده‌اند، زیرا در به‌روزرسانی‌های مسیریابی خود اطلاعات ماسک زیرشبکه را منتقل نمی‌کنند. این نوع از پروتکل‌ها جای خود را به پروتکل‌های classless داده‌اند. 

پروتکل‌های مسیریابی classless

• همان‌گونه که اشاره شد پروتکل‌های مسیریابی classless جایگزین پروتکل classful شده است. این نوع پروتکل‌ها در زمان به‌روزرسانی‌ مسیریابی، اطلاعات ماسک زیرشبکه را ارسال می‌کنند. RIPv2، EIGRP، OSPF و IS-IS همگی در گروه پروتکل‌های مسیریابی classless طبقه‌بندی می‌شوند.

جمع‌بندی 

• همان‌گونه که اشاره شد، پروتکل‌های مسیریابی را می‌توان به صورت گسترده‌ای از طرق مختلف تعریف و پیاده سازی کرد. هر یک از این پروتکل‌ها مزایا و معایب خاص خود را دارند که بر اساس معیارهای انتخاب بهترین مسیر، تعداد هاپ‌های پیش‌رو، زمان تاخیر و سایر عوامل دیگر شناسایی می‌شوند. هر چه دانش خود در ارتباط با این پروتکل‌ها را افزایش دهید، دقیق‌تر و راحت‌تر می‌توانید وظایف خود به عنوان یک مدیر شبکه را انجام دهید.