انواع پروتکل مسیریابی و کاربرد آن در شبکه

پروتکل چیست؟

برای بررسی پروتکل مسیریابی ابتدا به تعریف پروتکل می پردازیم. پروتکل شبکه مجموعه ای از قوانین است که نحوه انتقال داده ها بین دستگاه های مختلف در یک شبکه را تعیین می کند. در اصل، به دستگاه های متصل اجازه می دهد بدون توجه به تفاوت در فرایندها، ساختار یا طراحی داخلی آنها با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. به این دلیل است که می توانید به راحتی با مردم سراسر جهان ارتباط برقرار کنید و بنابراین نقش مهمی در ارتباطات دیجیتالی مدرن ایفا می کنند.

پروتکل مسیریابی چیست؟

پروتکل های مسیریابی این توانمندی را به روترها و سوئیچ های لایه 3 خواهند داد که به صورت داینامیک جدول مسیریابی (Routing Table) بین روترهای موجود در یک Internetwork مبادله شود و مسیرهای جدید را اضافه و جدول مسیریابی خود را با ارسال آپدیت ها بین یکدیگر به روز رسانی و آپدیت کند. در واقع هدف از پروتکل مسیریابی، یادگیری مسیرهای موجود در شبکه سازمانی، ایجاد جداول مسیریابی و تصمیم گیری در مورد مسیریابی می باشد. از منظر انواع پروتکل های مسیریابی برخی از متداول ترین آنها عبارتند از: RIP، IGRP، EIGRP، OSPF، BGP، ISIS و …

برخی از وظایف پروتکل های مسیریابی شامل:

• مبادله جدول مسیریابی خود با سایر روترهای Internetwork
• دریافت پیام های آپدیت از سایر روترها و پردازش آنها
• به روزرسانی اتوماتیک جدول مسیریابی بین روترهای یک Internetwork
• محاسبه بر روی مسیرهای موجود برای دسترسی به هر مقصد و انتخاب بهترین مسیر برای هر مقصد و قرار دادن آن در جدول مسیریابی

پروتکل انتخاب مسیر در روترها:

ـ Metric: 

ممکن است در شبکه Internetwork برای رسیدن به مقصد دو مسیر وجود داشته باشد، در این حالت روترها برای شناسایی بهترین مسیر از واحدی به نام Metric استفاده می کنند در واقع چون پروتکل های مسیریابی مختلفی وجود دارد، هر پروتکل به یک شکل فرم مخصوص به خود Metric را محاسبه می کند.

ـ Administrative Distance:

روترهای شرکت سیسکو از واحد دیگری برای انتخاب بهترین مسیر به مقصد بین چندین پروتکل مسیریابی به نام Administrative Distance استفاده می کنند. در این حالت برای رسیدن به مقصد مسیرخای مختلفی در داخل جدول مسیریابی روترها وجود دارد که توسط پروتکل های مسیریابی مختلف بدست آمده است که در این شرایط روترهای سیسکو برای انتخاب بهترین مسیر بین چندین پروتکل مسیریابی از Administrative Distance استفاده خواهند کرد و از مسیری که دارای Administrative Distance کمتری می باشد استفاده خواهد شد.

Administrative Distance یک روش اختصاصی سیسکو برای رتبه بندی پروتکل ها و منابع مسیریابی می باشد که عددی بین 0 تا 255 را شامل می شود.

به عنوان مثال فرض کنید بر اساس جدول زیر برای رسیدن به یک مقصد دو مسیر در داخل جدول مسیریابی روتر وجود داشته باشد که یک مسیر به صورت دستی از طریق Static Route تعریف شده باشد و یک مسیر از طریق پروتکل مسیریابی RIP و هر دو مسیر قادر به دسترسی به سمت مقصد مورد نظر را داشته باشد ازکدام مسیر استفاده خواهد کرد؟ از مسیری که به وسیله Static Route ایجاد شده است یا از مسیری که توسط پروتکل RIP ایجاد شده؟

در اینجا از مسیر ایجاد شده توسط Static Route بسته ها به مقصد مسیریابی خواهند شد به علت اینکه Administrative Distance مربوط به Static Route معادل 1 می باشد و از Administrative Distance پروتکل مسیریابی RIP که معادل 120 می باشد کوچکتر و دارای اولویت بالاتری می باشد.

طبقه بندی پروتکل های مسیریابی:

پروتکل های مسیریابی را می توان با توجه به ویژگی های آنها به گروه های مختلف طبقه بندی کرد:

ـ Purpose: شامل Interior Gateway Protocol (IGP) یا Exterior Gateway Protocol
ـ Operation: شامل Distance vector protocol، link-state protocol یا path-vector
ـ Behavior:شامل Classful (legacy) یا classless protocol

انواع پروتکل مسیریابی بر اساس عملکرد شامل:

پروتکل های Distance vector:

پروتکل های Distance vector جدول مسیریابی خود را برای تمامی همسایگانی که به طور مستقیم به آن ها متصل هستند، در فواصل زمانی مشخص و با پهنای باند بالایی انتشار می دهند و به آرامی همگرا می شوند. هنگامی که یک مسیر از دسترس خارج می شود، تمام روترهای شبکه باید جدول های مسیریابی خود را بر اساس اطلاعات جدید به روز کنند.

مشکل این پروتکل ها این است که هر روتر مجبور است که اطلاعات جدیدی را به همسایگان خود اطلاع دهد، در نتیجه مدت زمان زیادی طول می کشد تا همه روترها دید دقیقی از شبکه داشته باشند. این پروتکل ها از subnet mask های ثابت استفاده می کنند که مقیاس پذیر نیستند.

انواع پروتکل Distance vector:

1ـ پروتکل (RIPv1) Routing Information Protocol Version1:

این پروتکل IGP, distance vector, classful protocol می باشد. پروتکل های مسیریابی Classful فقط از شبکه هایی پشتیبانی می کنند که Subnet نشده اند. پروتکل های مسیریابی Classful اطلاعات مربوط به Subnet Mask را در Routing Update های خود ارسال نمی کنند. به زبان دیگر اگر شما شبکه ای دارید که در RIPv1 Routing Domain قرار دارد ، RIPv1 این شبکه را به عنوان شبکه Subnet نشده به سایر شبکه های موجود در Routing Domain معرفی می کند.

همچنین این پروتکل از Variable Length Subnet Masking یا VLSM پشتیبانی نمی کند و حداکثر از Metric Value  15 پشتیبانی می کند یا به عبارتی فقط 15 عدد Hop Count را پشتیبانی می کند. اگر تعداد Hop Count ها بیشتر از عدد 15 شود RIPv1 این شبکه را به عنوان شبکه غیر قابل دسترس یا Unreachable در نظر می گیرد. از طرفی این پروتکل برای ارسال پیام های بروز رسانی یا update message ها دارای مکانیزم احراز هویت نمی باشد.

نکته : Hop چیست؟ در شبکه های کامپیوتری Hop قسمتی از یک مسیر میان مبدأ و مقصد بسته اطلاعاتی است. روترها بسته های اطلاعاتی را میان شبکه مبدأ و مقصد منتقل می کند.در واقع هنگام انتقال بسته های اطلاعاتی از یک روتر به شبکه مقصد یک عمل Hop صورت می گیرد. Hop count یا تعداد هاپ ها به میانگین تعداد روتر هایی در شبکه بین مبدأ و مقصد بسته اطلاعاتی گفته می شود که بسته اطلاعاتی بایستی از آن روتر ها عبور کند.

2ـ پروتکل (RIPv2) Routing Information Protocol Version2:

این پروتکل IGP, distance vector, classless protocol می باشد. پس همانطور که گفته شد RIPv2 یک پروتکل مسیریابی Classless است که به شما اجازه می دهد که بتوانید از شبکه هایی که Subnet شده اند نیز در فرآیند مسیریابی استفاده کنید. همچنین RIPv2 اجازه ارسال شدن Network Mask شبکه را در بین شبکه ها می دهد تا فرآیند Classless Routing به درستی انجام شود.

این پروتکل از Variable Length Subnet Masking یا VLSM پشتیبانی می کند و حداکثر از Metric Value 15 پشتیبانی می کند یا به عبارتی فقط 15 عدد Hop Count را پشتیبانی می کند. اگر تعداد Hop Count ها بیشتر از عدد 15 شود RIPv2 این شبکه را به عنوان شبکه غیر قابل دسترس یا Unreachable در نظر می گیرد.

از طرفی این پروتکل از Triggered Update پشتیبانی می کند یا به نوعی می توانیم بگوییم Incremental Update را پشتیبانی می کند. RIPv2 برای ارسال پیام های بروز رسانی یا update message ها دارای مکانیزم احراز هویت می باشد. مکانیزم احراز هویتی باعث می شود که روتر مطمئن باشد ترافیک Update های ورودی از منابع lمعتبری ارسال می شوند.

جهت آشنایی بیشتر با پروتکل RIP به مقاله پروتکل اطلاعات مسیریابی (RIP) چیست مراجعه نمایید.

3ـ پروتکل (Interior Gateway Routing (IGRP:      

پروتکل IGRP یک پروتکل مسیریابی distance vector می باشد که توسط سیستم های سیسکو برای مسیریابی چندین پروتکل در شبکه های کوچک و متوسط سیسکو مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین از این پروتکل تنها باید در روترهای سیسکو استفاده کنید.

IGRP پروتکل های IP،IPX ، Decnet و AppleTalk را مسیریابی می کند که این امر باعث می شود تا پروتکل IGRP برای مشتریانی که از پروتکل های مختلف زیادی استفاده می کنند، تطبیق پذیر باشد. پروتکل IGRP مقیاس پذیرتر از پروتکل RIP می باشد زیرا از تعداد 100 هاپ (hop) پشتیبانی می کند، هر 90 ثانیه یکبار جداول مسیریابی را اطلاع می دهد و از ترکیبی از 5 معیار مختلف برای انتخاب بهترین مسیر به مقصد استفاده می کند.

4ـ پروتکل (Enhanced Interior Gateway Routing (EIGRP:

پروتکل مسیریابی EIGRP یک پروتکل مسیریابی هیبریدی می باشد که توسط سیستم های سیسکو برای مسیریابی چندین پروتکل در یک شبکه سازمانی سیسکو مورد استفاده قرار می گیرد. این پروتکل از ویژگی های پروتکل های مسیریابی distance vector و link state پشتیبانی می کند.

EIGRP پروتکل های مشابه (IGRP (IP ،IPX ، Decnet و Appletalk را مسیریابی می کند و از معیارهای ترکیبی مشابه پروتکل IGRP برای انتخاب بهترین مسیر به مقصد استفاده می کند.

علاوه بر این، گزینه ای برای توازن بار ترافیک از طریق مسیرهای با هزینه برابر و نابرابر در این پروتکل  وجود دارد. در پروتکل EIGRP خلاصه سازی آدرس های شبکه به صورت اتوماتیک بوده که البته می توان آن را به صورتی پیکربندی کرد که خلاصه سازی در محدوده مشخصی صورت گیرد. توزیع مجدد در بین پروتکل های IGRP و EIGRP به صورت خودکار انجام می گیرد. همچنین این پروتکل از تعداد 255 هاپ (hop) و subnet masks با طول متغییر پشتیبانی می کنند. جهت آشنایی بیشتر به مقاله آموزش پروتکل مسیریابی EIGRP مراجعه نمایید.

پروتکل های Link state:

پروتکل های مسیریابی Link state نوع دوم پروتکل های مسیریابی می باشند. هدف اصلی این پروتکل ها مانند پروتکل های distance vector پیدا کردن بهترین مسیر به مقصد با روش های مختلف می باشد.  پروتکل های Link state اطلاعات مسیریابی را تنها در زمان بروز تغییرات انتشار می دهند، به همین دلیل به صورت موثر از پهنای باند استفاده می کنند. در این حالت روترها به جای جدول مسیریابی، تنها تغییرات را انتشار می دهند، در نتیجه باعث افزایش سرعت همگرایی می شود.

پروتکل مسیریابی اطلاعات جدید را در اختیار تمام همسایگان در یک شبکه قرار می دهد و تلاش می کند تا با اطلاعات مسیریابی جدید شبکه را همگرا کنند. این پروتکل ها از subnet masks با طول متفاوت استفاده می کنند که هم مقیاس پذیر هستند و هم مسیریابی را بهتر انجام می دهند. آنها همچنین نسبت به پروتکل های مسیریابی distance-vector به CPU و حافظه بیشتری نیاز دارند و پیکربندی آن سخت تر می باشد.

از پروتکل های Link State معمولاً در شبکه های بزرگ و متوسط استفاده خواهد شد.

انواع پروتکل Link state:

1ـ پروتکل (Open Shortest Path First (OSPF:

پروتکل OSPF یک پروتکل مسیریابی link state می باشد که به عنوان یک استاندارد برای مسیریابی IP در شبکه های بزرگ با چند فروشنده مورد استفاده قرار می گیرد. پروتکل link state برای ارتباط اطلاعات مسیر، یک اطلاعیه برای تمام همسایگان متصل در یک ناحیه ارسال می کند. در هنگام راه اندازی هر روتر فعال شده با OSPF ، بسته های hello  را برای همه روترهای OSPF متصل ارسال می کند. بسته های hello  حاوی اطلاعاتی نظیر زمان سنج های روتر،ID  روتر و subnet mask می باشند. اگر روترها در مورد اطلاعات به توافق برسند ، آنها همسایه پروتکل OSPF می شوند.

روترهای همسایه با تغییر پایگاه داده ی link state یک مجاورت یا adjacencies ایجاد می کنند. روترهای موجود در لینک های point-to-point و point-to-multipoint بطور خودکار مجاورت ها را ایجاد می کنند. روترهای پیکربندی شده با رابط های OSPF مانند broadcast و NBMA از یک روتر تعیین شده استفاده می کنند تا بتوانند مجاورت را ایجاد کنند.

جهت آشنایی بیشتر به مقاله OSPF چیست مراجعه نمایید.

2ـ پروتکل Integrated IS-IS:

پروتکل مسیریابی Integrated IS-IS یک پروتکل مسیریابی link state می باشد. بنابراین قوانین حاکم بر آن مشابه قوانین link state می باشد. یعنی هر روتر اطلاعات لینک ها و روترهای متصل به خود را در شبکه ارسال می کند، در نتیجه در هر روتر اطلاعات توپولوژی شبکه وجود خواهد داشت.

این پروتکل مشابه پروتکل OSPF که سازمان های بزرگ و مشتریان ISP از آن استفاده می کنند، می باشد. یک intermediate system یک روتر و IS-IS یک پروتکل مسیریابی می باشد که بسته ها را بین intermediate systems مسیریابی می کند. IS-IS با استفاده از پایگاه داده link state و اجرای الگوریتم SPF Dijkstra کوتاه ترین مسیر را انتخاب می کند. روترهای همسایه در لینک های point to point و point to multipoint، مجاورت را با ارسال بسته های hello و تبادل پایگاه داده link state ایجاد می کنند.

روترهای IS-IS در شبکه های broadcast و NBMA یک روتر مشخص را انتخاب می کنند که مجاورت را با همه روترهای همسایه در آن شبکه ایجاد می کند. این روتر مشخص و روترهای دیگر، مجاورت را با تمام روترهای همسایه از طریق خبررسانی چند رسانه ای multicasting در شبکه ایجاد می کنند. IS-IS از یک ساختار سلسله مراتبی با روترهای سطح 1 و سطح 2 استفاده می کند.

روترهای سطح 1 مشابه روترهای OSPF هستند که هیچ ارتباط مستقیمی با خارج از ناحیه خود ندارند. روترهای سطح 2 شامل نواحی اصلی می شوند که با نواحی دیگر ارتباط برقرار می کنند. هر روتر IS-IS دارای یک آدرس خاص برای مسیریابی دامنه می باشد. همچنین IS-IS فرآیند مسیریابی را به جای یک شبکه، به یک رابط اختصاص می دهد.

نکته: پروتکل های مسیریابی در ظاهر هدف یکسانی را که همان ایجاد و آپدیت جدول مسیریابی بر روی روترهای شبکه و انتخاب بهترین مسیر می باشد را دنبال خواهد کرد ولی در حقیقت مکانیسم عمل آنها و شرایط انتخاب بهترین مسیر در هر یک از پروتکل ها با یکدیگر متفاوت می باشد.

تفاوت پروتکل های مسیریابی Classful با Classless:

ـ پروتکل مسیریابی Classful:

پروتکل های Classful در زمان تبلیغ شبکه هابه سایر روترها همراه آدرس شبکه بخش Subnet Mask مربوط به شبکه ارسال نمی شود.این پروتکل ها توانایی پشتیبانی از توانمندی VLSM را نخواهند داشت و در شبکه های که از این پروتکل استفاده می کنید به علت اینکه همراه با آدرس شبکه بخش مربوط به Subnet Mask هر شبکه تبلیغ نخواهد شد قادر به استفاده از Subnet Mask های متغیر نخواهید بود.

ـ پروتکل مسیریابی Classless:

پروتکل های Classless در زمان تبلیغ شبک ها به سایر روترها همراه با آدرس شبکه بخش Subnet Mask مربوط به شبکه ارسال می شود و این پروتکل ها توانایی پشتیبانی از VLSM را خواهند داشت.

نکته : VLSM مخفف Variable Length Subnet Masking می باشد و یکی از راه ها و تکنیک های تقسیم بندی IP به range های کوچکتر با Subnet های متغیر است که با کمترین هدر رفت IP میتوان یک range بزرگ را به rangeهای کوچکتر برای استفاده بهتر از شبکه خود تقسیم نمود. پروتکل هایی که در زمره پروتکل های Classful قرار می گیرند یعنی پروتکل های RIP 1 و IGRP، از VLSM پشتیبانی نمی کنند. برای همین هم برای استفاده از مزیت هایی که VLSM ارائه می دهد نیاز به بکارگیری پروتکل های Classless مانند BGP، EIGRP، IS-IS، OSPF، RIP 2 داریم.

مشخصات پروتکل مسیریابی:

ـ Speed of convergence: سرعت همگرایی تعیین می کند که روترها در توپولوژی شبکه به سرعت اطلاعات مسیریابی را به اشتراک می گذارند و به یک دانش ثابت می رسند. هرچه همگرایی سریعتر باشد، آن پروتکل ترجیح داده می شود. حلقه های مسیریابی زمانی رخ می دهند که جداول مسیریابی ناسازگار به دلیل همگرایی کند در یک شبکه متغیر به روز نشوند.

ـ Scalability: مقیاس پذیری بر اساس پروتکل مسیریابی که به کار گرفته شده است، میزان بزرگ شدن یک شبکه را تعیین می کند. هرچه شبکه بزرگتر باشد، پروتکل مسیریابی باید مقیاس پذیرتر باشد.

ـ Classful or classless (use of VLSM): پروتکل های مسیریابی کلاسفول شامل subnet mask نیستند و نمی توانند از subnet mask متغیر (VLSM) پشتیبانی کنند. پروتکل های مسیریابی classless شامل subnet mask در به روز رسانی ها است. پروتکلهای مسیریابی classless از VLSM و جمع بندی بهتر مسیر پشتیبانی می کنند.

ـ Resource usage: استفاده از منابع شامل الزامات یک پروتکل مسیریابی مانند فضای حافظه (RAM) ، استفاده از CPU و استفاده از پهنای باند پیوند است. منابع بیشتر نیازمند سخت افزار قوی تری برای پشتیبانی از عملیات پروتکل مسیریابی، علاوه بر فرایندهای ارسال بسته است.

ـ Implementation and maintenance: پیاده سازی و نگهداری سطح دانش مورد نیاز برای یک مدیر شبکه را برای پیاده سازی و نگهداری شبکه بر اساس پروتکل مسیریابی مستقر توصیف می کند.

جدول زیر مقایسه برخی از این پروتکل ها را نشان می دهد: 

تفاوت Routing Protocols و Routed Protocols در چیست؟

ـ Routed Protocol یا پروتکل مسیریابی شده:

Routed Protocol یا پروتکل مسیریابی شده به پروتکلی گفته می شود که توانایی ارسال داده از یک شبکه به شبکه دیگر را دارد. این پروتکل ها ترافیک کاربران از جمله ترافیک مربوط به e-mail ،file-transfer، وب و سایر ترافیک های مشابه را با خود حمل می کنند. آنها از یک ساختار یا سیستم آدرس دهی مانند IP Address که می تواند یک شبکه یا یک Host ( کامپیوتر،سرور،پرینتر) را در یک شبکه مشخص کند استفاده می کنند.

به بیانی دیگر این پروتکل شامل دو قسمت آدرس شبکه و آدرس Host می باشد که آدرس شبکه مشخص کنند محل قرارگیری شبکه و آدرس Host نمایانگر محل قرارگیری Host در آن شبکه است. با توجه به اینکه بیش از 90 درصد سیستم عامل ها و Host های موجود در دنیا از آدرس IP به عنوان سیستم آدرس دهی استفاده می کنند، IP Address به عنوان مهمترین و بزرگترین Routed Protocol در دنیا و در شبکه بزرگ اینترنت مورد استفاده قرار می گیرد بنابراین IP یک پروتکل از نوع Routed Protocol است.

ـ Routing Protocol یا پروتکل های مسیریابی:

Routing Protocol ها یا پروتکل های مسیریابی پروتکل هایی هستند که بصورت Dynamic مسیرهای شبکه موجود برای برقراری ارتباط بین شبکه ها را پیدا می کنند و آنها را به هم متصل می کنند، آن ها وظیفه مسیریابی و نشان دادن مسیر درست به Routed Protocol ها برای رسیدن به مقصد را بر عهده دارند. Routing Protocol هایی که در روترهای مختلف در شبکه های مختلف قرار دارند اطلاعات و بروزرسانی های خود را با همدیگر به اشتراک می گذارند تا بتوانند بهترین مسیر برای رسیدن به مقصد های شبکه ای Routed Protocol ها را پیدا کنند.

Routing Protocol ها این قابلیت را دارند که با اضافه شدن یک شبکه جدید به ساختار، آن را شناسایی کنند و مسیرهای منتهی به این شبکه را نیز برای سایر روترهای موجود در شبکه ارسال کنند. Routing Protocol ها را شما معمولا در Router های سخت افزاری، سوئیچ شبکه لایه سه، فایروال ها و سرورهای سخت افزاری و سیستم عامل های سرور مشاهده می کنید. اما بر روی کامپیوترهای معمولی و یا پرینترها وجود ندارند.

منبع : Types of Routing Protocols