آشنایی با سه رویکرد محبوب در زمینه مسیریابی و انتقال اطلاعات در شبکه

چالش ارسال بسته‌های اطلاعاتی از مبدأ به مقصد با کمترین میزان هدررفت داده‌ها و دریافت اطلاعات در کوتاه‌ترین زمان ممکن دغدغه بسیاری از کارشناسان شبکه است.

کارشناسان شبکه همواره سعی می‌کنند از کارآمدترین روش‌ها برای انتقال بسته‌های اطلاعاتی به مقصد استفاده کنند، بااین‌حال وجود گلوگاه‌ها و مشکلات ناخواسته اثربخشی این پروتکل‌ها را به میزان قابل توجهی تحت‌الشعاع خود قرار داده است.

امروزه پروتکل‌ها و روش‌های محبوبی در زمینه مسیریابی استفاده می‌شوند که در این مقاله با سه مورد از آن‌ها آشنا می‌شویم.

به نقل از شبکه مگ:

پروتکل OSPF

پروتکل ابتدا کوتاه‌ترین مسیر را انتخاب کردن (OSPF) یک پروتکل مسیریابی برای شبکه‌ها است که از الگوریتم مسیریابی وضعیت پیوند استفاده می‌کند و در در گروه پروتکل‌های مسیریابی داخلی قرار می‌گیرد.

OSPF در یک سامانه مستقل (AS) کار می‌کند که در RFC 2328 (1998) به‌صورت نسخه دوم برای IPv4 تعریف می‌شود. پروتکل OSPF از الگوریتم دیکسترا برای یافتن کوتاه‌ترین مسیر استفاده می‌کند. نوع متریک یا هزینه مسیر، پهنای باند است، یعنی مسیر با پهنای باند بیشتر انتخاب می‌شود.

شماره فاصله مدیریتی (Administrative Distance) برای این پروتکل ۱۱۰ است. آدرس مالتی‌کست آن ۲۲۴٫۰٫۰۵ است و آدرس مالتی‌کست DR یا روتر انتخابی ۲۲۴٫۰٫۰۶ است.

ایجاد پیوندهای همسایگی در OSPF در مراحل زیر خلاصه می‌شود :

• Down: در این حالت، هیچ اطلاعاتی اعم از پیغام‌های 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 می‌کند. در این مرحله است که تمام بسته‌های پروتکل مسیریابی قابلیت انتقال دارند.
• Loading: در این مرحله روتر اطلاعات اخیر مربوط به وضعیت پیوند را از همسایه‌اش درخواست می‌کند.
• Full: تمام اطلاعات مربوط به پیوندها با همه روترها همگام (synchronized) شده است.

انواع اعلان‌های وضعیت پیوند

هر اطلاعاتی که از طریق OSPF به روترهای دیگر اعلام می‌شود دارای نوع خاصی است که در header پروتکل از بیت نهم تا شانزدهم به آن اختصاص‌یافته است. این‌گونه‌های داده به این شرح هستند:

• Type 1: همه روترهای یک ناحیه این نوع داده را ارسال می‌کنند و در آن اطلاعات مربوط به روترهای همسایه و هزینه رسیدن به آنها فهرست می‌شود. این نوع از داده فقط مخصوص همان ناحیه‌ای است که ساخته شده. نام آن Router Link است.
• Type 2: این نوع از ال‌اس‌ای توسط روتر برگزیده (Designated Router) ساخته شده و اطلاعات مربوط به همسایه‌های یک قسمت یا سگمنت (Segment) مجاور را فهرست می‌کند. این نوع نیز از ناحیه‌ای که در آن ساخته شده فراتر نمی‌رود. نام آن Network Link است.
• Type 3: توسط روترهای مرز ناحیه یا ABR (به انگلیسی: Area Border Router) ساخته شده و بین ناحیه‌ها ارسال می‌شود. نا آن Network Summary است.
• Type 4: این نوع داده را ABR به ناحیه ستون فقرات شبکه (Backbone) ارسال می‌کند 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 می‌شود تا اطلاعات مربوط به مسیرهای اکسترنال (مسیرهایی که از پروتکل مسیریابی اواس‌پی‌اف استفاده نمی‌کنند) به روترهایی اجرا کننده پروتکل اواس‌پی‌اف 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 جود آمده و به طور انحصاری در دستگاه‌های شرکت سیسکو استفاده می‌شد.

در سال ۲۰۱۳ شرکت سیسکو آن را تبدیل به یک استاندارد باز کرد تا در محیط‌هایی با چند نوع مختلف از سخت‌افزارها نیز استفاده شود. در پروتکل ای آی جی آر پی، روترها شبکه‌های شناخته شده توسط خود را به روترهای مجاور (یا «همسایه») اعلام می‌کنند.

در این حالت روتر مجاور از روش اتصال روتر اصلی به شبکه اطلاع ندارد و فقط هزینه رسیدن به آن مقصد (به آن شبکه) را از طریق پیوندی که با روتر اعلام‌کننده دارد دریافت خواهد کرد. در این حالت، تمام روترهای متصل‌به‌هم که در یک سیستم مستقل (Autonomous System) قرار دارند، مسیر رسیدن به همه شبکه‌های داخل این فضای منطقی را خواهند دانست.

روترها در پروتکل EIGRP فقط شبکه‌هایی را که روتر همسایه در اختیار ندارد به او اعلام می‌کنند؛ همچنین به‌هیچ‌وجه (در حالت پیش‌فرض و با فعال‌بودن 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 نمی‌کنند.

این کار برای جلوگیری از به‌وجودآمدن حلقه لایه ۳ انجام می‌شود. البته این امر می‌تواند در هنگام استفاده از Frame-relay مشکل‌ساز باشد که در آن صورت این قابلیت توسط مدیر سیستم غیرفعال می‌شود یا از ساب اینترفیس استفاده می‌کنند.

ای‌آی‌جی‌آرپی روتینگ پروتکلی است که از الگوریتم انتشار به‌روز (Diffusing update algorithm) استفاده می‌کند. عدد AD یا فاصله مدیریتی (Administrative Distance) برای مسیرهای داخلی ۹۰ و برای مسیرهای خارجی ۱۷۰ و برای آدرس‌های summary نیز ۵ است.

IPX یکی از پروتکل‌های مورداستفاده در لایه شبکه توسط EIGRP است. آدرس آی‌پی مولتی کست برای ای‌آی‌جی‌آرپی ۲۲۴.۰.۰.۱۰ است. همین‌طور برای اصالت‌سنجی از روش رمزنگاری ام‌دی ۵ استفاده می‌کند.

پروتکل سامانه حد واسط به سامانه حد واسط

پروتکل IS-IS توسط Digital Equipment شرکت (تجهیزات دیجیتال) به‌عنوان بخشی از فاز پنجم DECnet توسعه یافت. این پروتکل در سال ۱۹۹۲ توسط سازمان بین‌المللی استاندارد ISO به‌عنوان ISO ۱۰۵۸۹ برای ارتباط تجهیزات شبکه‌ای که اصطلاحاً سیستم‌های واسط (متضاد سیستم‌های پایانی و میزبان) شناخته می‌شوند استاندارد شد.

هدف IS-IS ممکن ساختن مسیریابی داده‌ها با استفاده از پشته پروتکل OSIی که توسط ISO توسعه داده شده است و CLNS نامیده می‌شود بوده است. IS-IS تقریباً زمانی توسعه یافت که در همان زمان نیروی کار مهندسی اینترنت یا به‌اختصار IETF مشغول توسعه یک پروتکل مشابه به نام OSPF بود.

IS-IS سپس به نحوی بسط داده شد تا بتواند از مسیریابی داده‌های پروتکل اینترنت IP که یک پروتکل لایه شبکه اینترنت جهانی بود پشتیبانی کند. نسخه بسط داده شده پروتکل مسیریابی IS-IS بعدها به‌عنوان IS-IS یکپارچه یا شناخته شد.

میان سامانه – میان سامانه یا آی‌اس – آی‌اس (IS-IS) سرنام Intermediate System-Intermediate System است و روشی طراحی شده به‌منظور انتقال کارآمد اطلاعات در یک شبکه کامپیوتری، گروهی از کامپیوترهای متصل‌به‌هم به‌صورت فیزیکی یا دستگاه‌های مشابه هست.

در این پروتکل (برخلاف همتایش OSPF) به‌جای مسیریاب (روتر) از واژه میان سامانه و به‌جای بسته از PDU یا واحد داده‌ای پروتکل استفاده شده ‌است. این پروتکل توسط تعیین بهترین مسیر برای انتقال داده‌ها در یک شبکه از نوع سویچینگ بسته‌ای این کار را انجام می‌دهد.

این پروتکل در ISO/IEC ۱۰۵۸۹:۲۰۰۲ به‌عنوان یک استاندارد بین‌المللی در مدل مرجع OSI یا ارتباط سیستم‌های باز تعریف شد. اگرچه آن اصالتاً یک استاندارد ISO بوده، بااین‌حال سازمان IETF این پروتکل را به‌عنوان یک استاندارد اینترنتی منتشر کرد.

IS-IS یا میان سامانه – میان سامانه به‌عنوان یک استاندارد بالفعل برای ستون فقرات سرویس‌دهندگان بزرگ در نظر گرفته می‌شود. IS-IS یک پروتکل دروازه‌ای داخلی است که به‌منظور استفاده در دامنه یا شبکه مدیریتی طراحی شده است.

این پروتکل به‌عنوان متضاد پروتکل دروازه‌ای خارجی، در درجه اول، پروتکل دروازه‌ای مرزی یا همان BGP است که برای مسیریابی سیستم‌های مستقل استفاده می‌شود. IS-IS یک پروتکل مسیریابی وضعیت پیوند هست که با سرازیر کردن اطلاعات مربوط به وضعیت پیوند به سمت بیرون – جایی که روترهای دیگر شبکه قرار دارند – کار می‌کند.

هر روتری که با پروتکل IS-IS مجهز شده باشد به‌صورت مستقل با استفاده از اطلاعات سرازیر شده روترهای دیگر موجود در شبکه، یک پایگاه‌داده از توپولوژی شبکه می‌سازد.

همانند پروتکل اواس‌پی‌اف، آی – اس – آی – اس از الگوریتم دیکسترا برای محاسبه بهترین مسیر در شبکه استفاده می‌کند. بسته‌ها سپس بر اساس بهترین مسیر محاسبه شده به سمت مقصد هدایت می‌شوند.

مقایسه دو روش محبوب IS-IS با OSPF

هر دوی IS-IS و OSPF پروتکل‌های وضعیت پیوند هستند و هر دو از یک الگوریتم دیکسترای مشابه برای محاسبه بهترین مسیر در شبکه استفاده می‌کنند. در نتیجه آن‌ها از نظر مفهوم یکسان هستند. هر دوی آن‌ها از VLSM یا پوشش زیر شبکه با طول متغیر پشتیبانی می‌کنند.

می‌توانند از ارسال گروهی بسته‌های سلام به‌منظور شناسایی روترهای همسایه استفاده کنند و می‌توانند از تعیین هویت برای به‌روزرسانی جداول مسیریابی خود پشتیبانی کنند. درحالی‌که OSPF به‌صورت پیش‌فرض برای مسیریابی IP ساخته شده است و خودش یک پروتکل لایه ۳ به شمار می‌رود که بر روی IP اجرا می‌شود، IS-IS یک پروتکل لایه شبکه است (در همان لایه‌ای 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 حمل‌کردن پیغام‌های اطلاعات مسیریابی استفاده نمی‌کند. 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 می‌دهد که به‌راحتی بتواند از IP نسخه ۶ پشتیبانی کند.

پروتکل OSPF به‌منظور پشتیبانی از IPv6 به‌صورت OSPFv۳ بازنویسی شد. روترهای IS-IS یک شناخت مکانی و توپولوژیکی از شبکه را ارائه می‌دهند. این نقشه زیرشبکه‌ای که هر روتر IS-IS می‌تواند به آن دسترسی داشته باشد، کم‌هزینه‌ترین (کوتاه‌ترین و سریع‌ترین) مسیری که ترافیک شبکه به آن سمت هدایت می‌شوند را نشان می‌دهد.

IS-IS در روش نشان‌دادن مفهوم منطقه‌هایی که تعریف و مسیریابی می‌شوند، با OSPF متفاوت است. روترهای IS-IS به سه حالت سطح ۱:(منطقه داخلی)، سطح ۲:(بین‌منطقه‌ای) و سطح 1 و 2: (هر دو) تعیین شده‌اند.

روترهای سطح ۲ روترهای بین‌منطقه‌ای هستند که می‌توانند فقط برای ایجاد ارتباط با روترهای سطح ۲ دیگر استفاده شوند. اطلاعات مسیریابی بین روترهای سطح ۱ و روترهای دیگر سطح ۱ مبادله می‌شوند و روترهای سطح ۲ فقط با روترهای سطح ۲ دیگر مبادله اطلاعات انجام می‌دهند.

اما روترهای سطح 1 و 2 می‌توانند با دو سطح ۱ و ۲ مبادله اطلاعات انجام دهند و به‌منظور اتصال روترهای بین‌منطقه‌ای با روترهای داخل منطقه‌ای استفاده می‌شوند.

در OSPF مناطق بر روی واسط شبکه‌ای که روی روتر منطقه‌ای مرزی (ABR) قرار دارد و این روتر درآن‌واحد در دو یا تعداد بیشتری منطقه واقع است مشخص می‌شود که باعث ایجاد مرز بین مناطقی می‌شود در ABR واقع هستند، درصورتی‌که در IS-IS مرزها بین روترها وجود دارند که با سطح ۲ و سطح ۱ تعیین شده‌اند نه بین واسط‌های روترها.

نتیجه این است که یک‌روتر IS-IS قسمتی از یک منطقه واحد است. همچنین IS-IS نیازی به منطقه ۰ ندارد تا به‌عنوان ستون فقرات شبکه باشد و همه ترافیک بین‌منطقه‌ای از آن عبور کند.

دید منطقی این است که OSPF یک شبکه تارعنکبوتی یا ستاره‌ای ایجاد می‌کند که همه مناطق به آن صورت مستقیماً به منطقه ۰ متصل می‌شوند (منطقه ۰ همانند یک هاب یا سوئیچ عمل می‌کند) درحالی‌که IS-IS در تضاد با OSPF یک توپولوژی منطقی از ستون فقرات روترهای سطح ۲ با شاخه‌هایی از روترهای سطح ۱ و ۲ و ۱ ایجاد می‌کند که یک منطقه مشخص را به وجود می‌آورند.

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 گزینه‌های بیشتر و وسیع‌تری است.

بااین‌حال IS-IS یک پروتکل ساکت‌تر و کم‌ترافیک‌تر است و می‌تواند در پشتیبانی از شبکه‌های بزرگ استفاده شود. با داشتن منابع یکسان، IS-IS می‌تواند از روترهای بیشتری در یک منطقه نسبت به OSPF پشتیبانی کند.

این برتری به IS-IS کمک کرده است که خود را به‌عنوان یک پروتکل در مقیاس سرویس‌دهندگان معرفی کند و شناخته شود. پیاده‌سازی TCP/IP که به‌عنوان IS-IS یکپارچه یا دوگانه IS-IS شناخته می‌شود در RFC۱۱۹۵ توضیح داده شده است.