آشنایی با سه روش پر استفاده در زمینه مسیریابی و انتقال اطلاعات در شبکه

چالش ارسال بسته های اطلاعاتی از مبدا به مقصد با کمترین میزان هدر رفت داده ها و دریافت اطلاعات در کوتاه ترین زمان ممکن دغدغه بسیاری از کارشناسان شبکه است. کارشناسان شبکه همواره سعی می کنند از کارآمدترین روش ها برای انتقال بسته های اطلاعاتی به مقصد استفاده کنند، با این حال، وجود گلوگاه ها و مشکلات ناخواسته اثربخشی این پروتکل ها را به میزان قابل توجهی تحت الشعاع خود قرار داده است. امروزه پروتکل ها و روش های محبوبی در زمینه مسیریابی استفاده می شوند که در این مقاله با سه مورد از آنها آشنا می شویم.

پروتکل OSPF

پروتکل ابتدا کوتاهترین مسیر را انتخاب کردن (OSPF) یک پروتکل مسیریابی برای شبکه ها است که از الگوریتم مسیریابی وضعیت پیوند استفاده می کند و در در گروه پروتکل های مسیریابی داخلی قرار می گیرد.OSPF در یک سامانه مستقل(AS) کار می کند که در RFC 2328 (1998) به صورت نسخه دوم برای IPv4 تعریف می شود. پروتکل OSPF از الگوریتم دیکسترا برای یافتن کوتاهترین مسیر استفاده می کند. نوع متریک یا هزینه مسیر، پهنای باند است، یعنی مسیر با پهنای باند بیشتر انتخاب می شود. شماره فاصله مدیریتی (Administrative Distance) برای این پروتکل ۱۱۰ است. آدرس مالتی کست آن ۲۲۴٫۰٫۰۵ است و آدرس مالتی کست DR یا روتر انتخابی ۲۲۴٫۰٫۰۶ است. ایجاد پیوندهای همسایگی در OSPF در مراحل زیر خلاصه می شود:

• Down : در این حالت، هیچ اطلاعاتی اعم از پیغام های hello و غیره رد و بدل نشده است.
• Attempt : مشابه Down است با این تفاوت که پروسه هماهنگی در حال آغاز است.
• Init : پیغام hello از روتر دیگری دریافت شده، اما ارتباط دوطرفه هنوز برقرار نشده است.
• 2-way : ارتباط دوطرفه بین روترها برقرار است و همسایگی در حال استقرار است. این وضعیت اولین مرحله در انتخاب DR است.
• ExStart : اولین مرحله تبیین مجاورت بین دو روتر.
• Exchange : در حالت exchange، روتر جدول اطلاعات تمام پیوندهایش را به همسایه ارسال می کند. در این مرحله است که تمام بسته های پروتکل مسیریابی قابلیت انتقال دارند.
• Loading : در این مرحله روتر اطلاعات اخیر مربوط به وضعیت پیوند را از همسایه اش درخواست می کند.
• Full : تمام اطلاعات مربوط به پیوندها با همه روترها همگام (synchronized) شده است.

انواع اعلان های وضعیت پیوند

هر اطلاعاتی که از طریق OSPF به روترهای دیگر اعلام می شود دارای نوع خاصی است که در header پروتکل از بیت نهم تا شانزدهم به آن اختصاص یافته است. این گونه های داده به این شرح هستند:

Type 1 : همه روترهای یک ناحیه این نوع داده را ارسال می کنند و در آن اطلاعات مربوط به روترهای همسایه و هزینه رسیدن به آنها فهرست می شود. این نوع از داده فقط مخصوص همان ناحیه ای است که ساخته شده. نام آن Router Link است.

Type 2 : این نوع از ال اس ای توسط روتر برگزیده (Designated Router) ساخته شده و اطلاعات مربوط به همسایه های یک قسمت یا سگمنت (Segment) مجاور را فهرست می کند. این نوع نیز از ناحیه ای که در آن ساخته شده فراتر نمی رود. نام آن Network Link است.

Type 3 : توسط روترهای مرز ناحیه یا ABR (به انگلیسی: Area Border Router) ساخته شده و بین ناحیه ها ارسال می شود. نام آن Network Summary است.

Type 4 : این نوع داده را ABR به ناحیه ستون فقرات شبکه (Backbone) ارسال می کند تا حضور یک ASBR را در ناحیه مورد نظر اعلام کند. نام آن ASBR Summary است.

Type 5 : توسط روترهای مرز سیستم مستقل (Autonomous System Border Router) ساخته می شود تا اطلاعات مربوط به مسیرهای اکسترنال (مسیرهایی که از پروتکل مسیریابی اواس پی اف استفاده نمی کنند) به روترهایی اجرا کننده پروتکل اواس پی اف ارسال شود. نام آن External Link است.

پروتکل مسیریابی دروازه داخلی پیشرفته

پروتکل مسیریابی دروازه داخلی پیشرفته (EIGRP) یک پروتکل مسیریابی از نوع بهبود یافته بردار فاصله (Distance Vector) است که در ابتدا توسط شرکت سیسکو سیستمز به وجود آمده و به طور انحصاری در دستگاه های شرکت سیسکو استفاده می شد. در سال ۲۰۱۳ شرکت سیسکو آن را تبدیل به یک استاندارد باز کرد تا در محیط هایی با چند نوع مختلف از سخت افزارها نیز استفاده شود. در پروتکل ای آی جی آرپی، روترها شبکه های شناخته شده توسط خود را به روترهای مجاور اعلام می کنند. در این حالت روتر مجاور از روش اتصال روتر اصلی به شبکه اطلاع ندارد و فقط هزینه رسیدن به آن مقصد را از طریق پیوندی که با روتر اعلام کننده دارد دریافت خواهد کرد.

در این حالت، تمام روترهای متصل بهم که در یک سیستم مستقل (Autonomous System) قرار دارند، مسیر رسیدن به همه شبکه های داخل این فضای منطقی را خواهند دانست. روترها در پروتکل EIGRP فقط شبکه هایی را که روتر همسایه در اختیار ندارد به او اعلام می کنند. همچنین به هیچ وجه (درحالت پیش فرض و با فعال بودن قابلیتی با نام شکاف افق یا اسپلیت هورایزن (Split Horizon) در اینترفیس) اطلاعات و مسیرهای دریافتی از یک پیوند یا واصل را از طریق همان پیوند ارسال نمی کنند. این کار برای جلوگیری از به وجود آمدن حلقه لایه ۳ انجام می شود. البته این امر می تواند در هنگام استفاده از Frame-relay مشکل ساز باشد که در آن صورت این قابلیت توسط مدیر سیستم غیر فعال می شود یا از ساب اینترفیس استفاده می کنند.

ای آی جی آرپی روتینگ پروتکلی است که از الگوریتم انتشار به روز (Diffusing update algorithm) استفاده می کند. عدد AD یا فاصله مدیریتی (Administrative Distance) برای مسیرهای داخلی ۹۰ و برای مسیرهای خارجی ۱۷۰ و برای آدرس های summary نیز ۵ است.IPX یکی از پروتکل های مورد استفاده در لایه شبکه توسط EIGRP است. آدرس آی پی مولتی کست برای ای آی جی آرپی ۲۲۴.۰.۰.۱۰ است. همینطور برای اصالت سنجی از روش رمزنگاری ام دی۵ استفاده می کند.

پروتکل سامانه حد واسط به سامانه حد واسط

پروتکل IS-IS توسط Digital Equipment شرکت ( تجهیزات دیجیتال ) به عنوان بخشی از فاز پنجم DECnet توسعه یافت. این پروتکل در سال ۱۹۹۲ توسط سازمان بین المللی استاندارد ISO به عنوان ISO ۱۰۵۸۹ برای ارتباط تجهیزات شبکه ای، که اصطلاحاً سیستم های واسط ( متضاد سیستم های پایانی و میزبان ) شناخته می شوند استاندارد شد. هدف IS-IS ممکن ساختن مسیریابی داده ها با استفاده از پشته پروتکل OSI ی که توسط ISO توسعه داده شده است و CLNS نامیده می شود بوده است.IS-IS تقریباً زمانی توسعه یافت که در همان زمان نیروی کار مهندسی اینترنت یا به اختصار IETF مشغول توسعه یک پروتکل مشابه به نام OSPF بود.IS-IS سپس به نحوی بسط داده شد تا بتواند از مسیریابی داده های پروتکل اینترنت IP که یک پروتکل لایه شبکه اینترنت جهانی بود پشتیبانی کند.

نسخه بسط داده شده پروتکل مسیر یابی IS-IS بعدها به عنوان IS-IS یکپارچه یا شناخته شد. میان سامانه-میان سامانه یا آی اس-آی اس (IS-IS) سرنام Intermediate System-Intermediate System است و روشی طراحی شده به منظور انتقال کارامد اطلاعات در یک شبکه کامپیوتری، گروهی از کامپیوترهای متصل بهم به صورت فیزیکی یا دستگاه های مشابه می باشد. در این پروتکل (برخلاف همتایش OSPF) به جای مسیریاب(روتر) از واژه میان سامانه و به جای بسته از PDU یا واحد داده ای پروتکل استفاده شده است. این پروتکل توسط تعیین بهترین مسیر برای انتقال داده ها در یک شبکه از نوع سویچینگ بسته ای این کار را انجام می دهد. این پروتکل در ISO/IEC ۱۰۵۸۹:۲۰۰۲ به عنوان یک استاندارد بین المللی در مدل مرجع OSI یا ارتباط سیستم های باز تعریف شد. اگرچه آن اصالتاً یک استاندارد ISO بوده، با این حال سازمان IETF این پروتکل را به عنوان یک استاندارد اینترنتی منتشر کرد.IS-IS یا میان سامانه-میان سامانه به عنوان یک استاندارد بالفعل برای ستون فقرات سرویس دهندگان بزرگ در نظر گرفته می شود.

S-IS یک پروتکل دروازه ای داخلی است که به منظور استفاده در دامنه یا شبکه مدیریتی طراحی شده است. این پروتکل به عنوان متضاد پروتکل دروازه ای خارجی، در درجه اول، پروتکل دروازه ای مرزی یا همان BGP است که برای مسیریابی سیستم های مستقل استفاده می شود.IS-IS یک پروتکل مسیریابی وضعیت پیوند می باشد که با سرازیر کردن اطلاعات مربوط به وضعیت پیوند به سمت بیرون (جایی که روترهای دیگر شبکه قرار دارند) کار می کند. هر روتری که با پروتکل IS-IS مجهز شده باشد به صورت مستقل با استفاده از اطلاعات سرازیر شده روترهای دیگر موجود در شبکه، یک پایگاه داده از توپولوژی شبکه می سازد. همانند پروتکل اواس پی اف، آی اس آی اس از الگوریتم دیکسترا برای محاسبه بهترین مسیر در شبکه استفاده می کند. بسته ها سپس بر اساس بهترین مسیر محاسبه شده به سمت مقصد هدایت می شوند.

مقایسه دو روش محبوب IS-IS با OSPF

هر دوی IS-IS و OSPF پروتکل های وضعیت پیوند می باشند و هر دو از یک الگوریتم دیکسترای مشابه برای محاسبه بهترین مسیر در شبکه استفاده می کنند. در نتیجه آنها از نظر مفهوم یکسان هستند. هر دوی آنها از VLSM یا پوشش زیر شبکه با طول متغیر پشتیبانی می کنند. می توانند از ارسال گروهی بسته های سلام به منظور شناسایی روترهای همسایه استفاده کنند و می توانند از تعیین هویت برای به روز رسانی جداول مسیر یابی خود پشتیبانی کنند. در حالی که OSPF به صورت پیشفرض برای مسیریابی IP ساخته شده است و خودش یک پروتکل لایه ۳ به شمار می رود که بر روی IP اجرا می شود،IS-IS یک پروتکل لایه شبکه است (در همان لایه ای است که CLNS قرار دارد).

استفاده گسترده از IP در سراسر جهان ممکن است به محبوبیت OSPF کمک کرده باشد.IS-IS از IP برای حمل کردن پیغام های اطلاعات مسیربابی استفاده نمی کند.IS-IS برخلاف OSPF که برای مسیریابی با آدرس IP نسخه ۴ ایجاد شده است، به نوع آدرس مسیر برای مسیریابی وابسته نیست و این به IS-IS این اجازه را می دهد که که به راحتی بتواند از IP نسخه ۶ پشتیبانی کند. پروتکل OSPF به منظور پشتیبانی از IPv6 به صورت OSPFv۳ بازنویسی شد. روترهای IS-IS یک شناخت مکانی و توپولوژیکی از شبکه را ارائه می دهند. این نقشه زیرشبکه ای که هر روتر IS-IS می تواند به آن دسترسی داشته باشد، کم هزینه ترین ( کوتاه ترین و سریعترین) مسیری که ترافیک شبکه به آن سمت هدایت می شوند را نشان می دهد. IS-IS در روش نشان دادن مفهوم منطقه هایی که تعریف و مسیر یابی می شوند، با OSPF متفاوت است.

روترهای IS-IS به سه حالت سطح ۱:(منطقه داخلی)، سطح۲:(بین منطقه ای) و سطح1و2:(هر دو) تعیین شده اند. روترهای سطح۲ روترهای بین منطقه ای هستند که می توانند فقط برای ایجاد ارتباط با روترهای سطح ۲ دیگر استفاده شوند. اطلاعات مسیریابی بین روترهای سطح ۱ و روترهای دیگر سطح ۱ مبادله می شوند و روترهای سطح ۲ فقط با روترهای سطح۲ دیگر مبادله اطلاعات انجام می دهند. اما روترهای سطح 1 و2 می توانند با دو سطح ۱ و ۲ مبادله اطلاعات انجام دهند و به منظور اتصال روترهای بین منطقه ای با روترهای داخل منطقه ای استفاده می شوند. در OSPF مناطق بر روی واسط شبکه ای که روی روتر منطقه ای مرزی ( ABR) قرار دارد و این روتر در آن واحد در دو یا تعداد بیشتری منطقه واقع است مشخص می شود که باعث ایجاد مرز بین مناطقی می شود در ABR واقع هستند، در صورتی که در IS-IS مرزها بین روترها وجود دارند که با سطح۲ و سطح۱ تعیین شده اند نه بین واسط های روترها. نتیجه این است که یک روتر IS-IS قسمتی از یک منطقه واحد است.

همچنین IS-IS نیازی به منظقه ۰ ندارد تا به عنوان ستون فقرات شبکه باشد و همه ترافیک بین منظقه ای از آن عبور کند. دید منطقی این است که OSPF یک شبکه تار عنکبوتی یا ستاره ای ایجاد می کند که همه مناطق به آن صورت مستقیماً به منطقه۰ متصل می شوند ( منطقه۰ همانند یک هاب یا سوئیچ عمل می کند) در حالی که IS-IS در تضاد باOSPF یک توپولوژی منطقی از ستون فقرات روترهای سطح۲ با شاخه هایی از روترهای سطح ۱و۲ و ۱ ایجاد می کند که یک منطقه مشخص را به وجود می آورند. IS-IS همچنین در روش سرازیر کردن اطلاعات توپولوژی و اطلاعات تغییر توپولوژی با OSPF متفاوت است. اگرچه مفاهیم اساسی آنها مشابهت دارند. OSPF دارای امکانات و گزینه های بیشتر و وسیع تری است.

با این حال IS-IS یک پروتکل ساکت تر و کم ترافیک تر است و می تواند در پشتیبانی از شبکه های بزرگ استفاده شود. با داشتن منابع یکسان، IS-IS می تواند از روترهای بیشتری در یک منطقه نسبت به OSPF پشتیبانی کند. این برتری به IS-IS کمک کرده است که خود را به عنوان یک پروتکل در مقیاس سرویس دهندگان معرفی کند و شناخته شود.