مسیریابی شبکه چیست؟ آشنایی با پروتکل‌ های Routing

مسیریابی شبکه یا Routing به فرآیند انتخاب مسیری که در طول آن داده‌ها می‌توانند از مبدأ به مقصد در شبکه منقل شوند، اشاره دارد. برای مسیریابی شبکه از الگوریتم‌های مسیریابی استفاده می‌شود که مسئول تصمیم‌گیری برای مسیر بهینه‌ای است که بسته‌های داده می‌توانند از طریق آن انتقال پیدا کنند.

مسیریابی شبکه فرآیند تصمیم‌گیری برای روترها است زیرا مسیرهای موجود را شناسایی و جدول‌بندی می‌کنند و داده‌ها را در سریع‌ترین و ارزان‌ترین مسیر‌‌ها انتقال می‌دهند. این مقاله راویستک به نحوه عملکرد مسیریابی شبکه، زیرمجموعه‌ پروتکل‌هایی که بر آن‌ها تکیه می‌کند و انواع مختلفی آن می‌پردازد. با اطلاعات مناسب، هر سازمانی می‌تواند مسیریابی شبکه خود را برای یک زیرساخت ارتباطی کارآمد و ایمن بهینه کند.

مسیریابی شبکه یا Routing چیست؟

مسیریابی شبکه به فرآیند یافتن و انتخاب مسیر بین دستگاه‌ها و شبکه‌ها گفته می‌شود. درواقع مسیریابی شبکه روشی است که دستگاه‌ها یا گره‌ها مسیر ارتباط را انتخاب می‌کنند. یک شبکه کامپیوتری از ماشین‌های زیادی به نام گره‌ها و مسیرها ساخته‌شده است که ارتباط بین دو گره در یک شبکه به‌هم‌پیوسته می‌تواند از طریق مسیرهای مختلف صورت گیرد. مسیریابی شبکه فرآیند انتخاب بهترین مسیر با استفاده از قوانین از پیش تعیین‌شده است.

اصول مسیریابی می‌تواند برای هر نوع شبکه، از شبکه‌های تلفن گرفته تا حمل‌ونقل عمومی، اعمال شود. برای مثال در اینترنت، مسیریابی شبکه، مسیرهایی را برای بسته‌های پروتکل اینترنت (IP) انتخاب می‌کند تا از مبدأ تا مقصد حرکت کنند. این تصمیمات مسیریابی اینترنت توسط قطعات تخصصی سخت‌افزار شبکه به نام روتر گرفته می‌شود.

روتر چیست؟

روتر یک دستگاه در شبکه است که بستری برای ارتباط بین دستگاه‌های مختلف در یک شبکه فراهم می‌کند. روتر به‌عنوان یک گیت ویژه عمل می‌کند که بستری برای تبادل داده‌ها بین شبکه‌های مختلف فراهم می‌کند. این دستگاه قادر به تحلیل پروتکل‌های شبکه و توزیع بسته‌های داده است که در شبکه عبور می‌کنند تا به دستگاه‌های مقصد برسند. همچنین، روتر شبکه می‌تواند در مورد مسیر بهتر برای انتقال داده‌ها تصمیم‌گیری کند.

در مسیریابی شبکه بسته‌های داده حاوی اطلاعاتی مانند آدرس مقصد هستند. روترها از این اطلاعات برای ارسال بسته‌ها بین روترها تا رسیدن به مقصد استفاده می‌کنند. روتر‌ها شبکه‎‌های محلی را به یکدیگر و به شبکه‌های گسترده متصل می‌کنند. همچنین آن‌ها ترافیک شبکه را فیلتر و سیاست‌های امنیتی را اجرا می‌کنند.

مسیریابی شبکه (Routing) چگونه رخ می‌دهد؟

یک روتر باید وضعیت شبکه را در نظر بگیرد، همه مسیرهای منتهی به مقصد را در بررسی کند و کارآمدترین را انتخاب کند و باید در هر ثانیه میلیون‌ها مورد از این محاسبات را انجام دهد. روترها برای تصمیم‌گیری در مورد نحوه مسیریابی بسته‌ها در مسیرهای شبکه به جداول مسیریابی داخلی مراجعه می‌کنند. یک جدول مسیریابی شبکه، مسیرهایی را که بسته‌ها باید طی کنند تا به هر مقصدی که روتر مسئولیت آن را بر عهده دارد، برسند را ثبت می‌کند.

هنگامی‌که یک روتر یک بسته داده دریافت می‌کند، ابتدا سربرگ‌های بسته را بررسی می‌کند تا مقصد بسته را تعیین کند. سپس روتر به جدول مسیریابی خود مراجعه می‌کند تا با اطلاعات آن مسیری را به مقصد پیدا کند. اگر روتر مسیری به مقصد پیدا کند، بسته را به روتر بعدی در آن مسیر ارسال می‌کند.

در مسیریابی شبکه، درصورتی‌که روتر مسیری به مقصد پیدا نکند، بسته را به یک روتر دیگر ارسال می‌کند که ممکن است بتواند مسیری را بیابد. این فرآیند تا زمانی که بسته به مقصد خود برسد ادامه می‌یابد. روترها این کار را میلیون‌ها بار در ثانیه با میلیون‌ها بسته انجام می‌دهند. هنگامی‌که یک بسته به مقصد خود می‌رود، ممکن است چندین بار توسط روترهای مختلف مسیریابی شود.

جداول مسیریابی می‌توانند ایستا یا پویا باشند. جداول مسیریابی استاتیک تغییر نمی‌کند. یک مدیر شبکه به‌صورت دستی جداول مسیریابی ثابت را تنظیم می‌کند. این اساساً مسیرهایی را که بسته‌های داده در سراسر شبکه طی می‌کنند مشخص می‌کند، مگر اینکه مدیر به‌طور دستی جداول را به‌روزرسانی کند.

جداول مسیریابی پویا به‌طور خودکار به‌روز می‌شوند. روترهای پویا از پروتکل‌های مسیریابی مختلفی برای تعیین کوتاه‌ترین و سریع‌ترین مسیرها استفاده می‌کنند، آن‌ها همچنین این تصمیم را بر اساس مدت‌زمانی که بسته‌ها طول می‌کشد تا به مقصد برسند انجام می‌دهند.

اصطلاحات رایج درباره مسیریابی شبکه

انواع مسیریابی در شبکه یکی از مهم‌ترین فعالیت‌ها در شبکه به‌حساب می‌آید. مسیریاب‌ها به‌عنوان گره‌های اصلی شبکه عمل می‌کنند و ترافیک شبکه را به‌صورت بهینه مدیریت می‌کنند. برای درک بهتر مفهوم مسیریابی شبکه بهتر است درباره اصطلاحات مهم و رایج آن بدانید.

میزبان یا هاست (Host)

هاست در شبکه کامپیوتری، رایانه‌ای است که به اینترنت یا شبکه‌ای دیگر متصل است. یک میزبان شبکه می‌تواند اطلاعات و نیز نرم‌افزار client و server را میزبانی کند. Client دستگاهی است که به خدمات یک Server دسترسی دارد. هر میزبان شبکه یک آدرس IP منحصربه‌فرد دارد. آدرس IP یک کد عددی است که برای شناسایی یک دستگاه در شبکه استفاده می‌شود.

مسیریاب شبکه یا روتر (Router)

مسیریاب شبکه یا روتر، یک دستگاه شبکه است که برای مسیریابی ترافیک شبکه و ارسال داده‌ها بین شبکه‌های مختلف استفاده می‌شود. روتر به‌عنوان یک گره اصلی در شبکه عمل می‌کند و با استفاده از پروتکل‌های روتینگ، بهترین مسیر برای ارسال داده‌ها را به دستگاه‌های مختلف در شبکه تعیین می‌کند.

جدول مسیریابی (Routing Table)

جدول مسیریابی شبکه یک ساختار داده است که توسط مسیریاب‌ها در یک شبکه استفاده می‌شود تا اطلاعات مربوط به مسیرهای موجود در شبکه را ذخیره و مدیریت کند. این جدول شامل اطلاعاتی است که مسیریاب برای انتخاب بهترین مسیر برای ارسال داده‌ها به مقصد موردنظر نیاز دارد. اطلاعاتی که در جدول مسیریابی شبکه قرار می‌گیرد شبکه‌ها و مقصد‌ها، اطلاعات مسیریابی، فاصله‌ها و هزینه‌ها، وضعیت رابط‌ها و معیارها و سیاست‌ها را شامل می‌شود.

شبکه دور (Remote network)

شبکه دور یا شبکه ریموت به‌عنوان اصطلاح مسیریابی شبکه، یک شبکه کامپیوتری است که از طریق یک اتصال شبکه عمومی به یک شبکه دیگر متصل می‌شود. شبکه‌های از راه دور می‌توانند برای اهداف مختلفی از‌جمله دسترسی از راه دور به منابع شبکه، مانند فایل‌ها، برنامه‌ها و چاپگرها، انتقال داده بین شبکه‌های مختلف و ارائه خدمات شبکه، مانند خدمات VPN و VoIP مورداستفاده قرار گیرد.

هاپ (Hop)

هاپ در انواع مسیریابی در شبکه، یک دستگاه است که به‌عنوان یک گره فرعی در شبکه عمل می‌کند و ترافیک شبکه را از یک شبکه به شبکه دیگر منتقل می‌کند. هاپ به‌عنوان یک دستگاه لایه 2 در مدل OSI و  یک تقویت‌کننده سیگنال نیز عمل می‌کند. با افزایش تعداد هاپ‌ها در شبکه، احتمال بروز خطا و کاهش سرعت شبکه نیز افزایش می‌یابد. به همین دلیل، استفاده از روتر به‌جای هاپ، برای مسیریابی و ارسال داده‌ها بین شبکه‌های مختلف، پیشنهاد می‌شود.

هاپ بعدی (Next hop)

Next hop در مسیریابی شبکه به مسیریاب یا گیت وی (gateway) بعدی اشاره دارد که بسته‌ها به آن ارسال می‌شوند تا به مقصد نهایی برسند. در جدول مسیریابی یک مسیر، Next hop نشان‌دهنده آدرس IP یا مسیری است که باید بسته‌ها به آن‌ها ارسال شوند تا بتوانند به مقصد نهایی برسند. هنگامی‌که یک مسیریاب تصمیم می‌گیرد بسته‌ها را به یک شبکه مقصد بفرستد، از اطلاعات موجود در جدول مسیریابی استفاده می‌کند. Next hop مشخص می‌کند که بسته‌ها برای رسیدن به مقصد باید به کدام مسیریاب یا گیت وی ارسال شوند.

سگمنت TCP یا TCP segment

سگمنت TCP یک واحد داده‌ای است که در لایه 4 مدل OSI قرار دارد و توسط پروتکل TCP (Transmission Control Protocol) استفاده می‌شود. این واحد داده‌ای بخش‌هایی مانند شماره پورت مبدأ و مقصد، شماره توالی، تأیید دریافت و بخش داده‌ای (payload) را شامل می‌شود. در مسیریابی شبکه سگمنت TCP برای ارسال داده‌ها از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر در شبکه استفاده می‌شود و از رسیدن داده‌ها به مقصد درست و دریافت تائیدیه اطمینان ایجاد می‌کند. درواقع برای ارسال بسته داده‌ها به آن‌ها سربرگ اضافه می‌شود که به سگمنت معروف است.

پروتکل‌های اصلی مسیریابی شبکه کدم‌اند؟

پروتکل‌های مسیریابی به عنوان خدمات شبکه به شبکه‌های کامپیوتری کمک می‌کنند تا به‌طور مؤثر و کارآمد ارتباط برقرار کنند. صرف‌نظر از اندازه شبکه، این پروتکل‌ها می‌توانند به انتقال ایمن داده‌ها به مقصد موردنظر کمک کنند. درک انواع مختلف پروتکل‌های مسیریابی شبکه می‌تواند به شما کمک کند تا تعیین کنید کدام نوع برای استفاده بهتر است.

پروتکل اطلاعات مسیریابی (RIP)

پروتکل اطلاعات مسیریابی (RIP)مخفف عبارت outing Information Protocol  یک پروتکل مسیریابی پویا است که برای تعیین مسیرهای شبکه استفاده می‌شود. RIP از یک الگوریتم ساده برای مسیریابی شبکه استفاده می‌کند. این الگوریتم بر اساس هزینه مسیر است که می‌تواند شامل عواملی مانند مسافت، پهنای باند و ترافیک شبکه باشد. روترهای RIP هر 30 ثانیه یک‌بار به یکدیگر پیام‌هایی ارسال می‌کنند که حاوی اطلاعات مربوط به مسیرهای آن‌ها است. این پیام‌ها شامل شناسه شبکه، شناسه روتر و هزینه مسیر است.

پروتکل دروازه داخلی گیت وی (IGRP)

پروتکل مسیریابی داخلی گیت وی (IGRP) مخفف Interior Gateway Routing Protocol است. IGRP یک پروتکل مسیریابی محلی بوده و برای مدیریت مسیریابی درون یک دامنه (شبکه محلی یا داخلی) استفاده می‌شود. پروتکل مسیریابی داخلی گیت وی از یک الگوریتم مسیریابی شبکه خاص برای تعیین مسیرهای بهینه بر اساس فاکتورهای مختلف مانند پهنای باند، تأخیر، فاصله و بار استفاده می‌کند. همچنین این پروتکل می‌تواند بارگیری مسیریابی و تغییرات مسیریابی شبکه را تشخیص دهد.

پروتکل OSPF

پروتکل OSPF مخفف Open Shortest Path First است که یک پروتکل مسیریابی پویا برای تعیین مسیرهای شبکه محسوب می‌شود. OSPF یک پروتکل مسیریابی حالت پیوند است، به این معنی که هر روتر اطلاعات مربوط به تمام پیوند‌های شبکه را در اختیار دارد. OSPF از الگوریتم مشخصی برای مسیریابی شبکه استفاده می‌کند. این الگوریتم بر اساس کوتاه‌ترین مسیر و کم‌هزینه‌ترین مسیر اقدام می‌کند.

روترهای OSPF هر 30 ثانیه یک‌بار به یکدیگر پیام‌هایی ارسال می‌کنند که حاوی اطلاعات مربوط به پیوندهای آن‌ها است. این پیام‌ها شامل شناسه شبکه، شناسه روتر، هزینه پیوند و وضعیت پیوند است. روترها از این پیام‌ها برای به‌روزرسانی جدول مسیریابی خود استفاده می‌کنند. اگر یک روتر مسیر جدیدی را با هزینه کمتر پیدا کند، آن مسیر را به جدول مسیریابی خود اضافه می‌کند.

پروتکل دروازه خارجی (EGP)

پروتکل EGP مخفف Exterior Gateway Protocol است که یک پروتکل مسیریابی است که در ارتباط با مسیریابی بین دامنه‌های مختلف یا شبکه‌های جدا از یکدیگر، به کار می‌رود. این پروتکل برای تبادل اطلاعات مسیریابی بین دامنه‌های مختلف در اینترنت استفاده می‌شود.

دو نوع اصلی از پروتکل EGP به نام‌های EGP و BGP در مسیریابی شبکه وجود دارد. BGP به‌عنوان یک پروتکل EGP جایگزین شناخته می‌شود و برای مسیریابی بین دامنه‌های مختلف در اینترنت به کار می‌رود. این پروتکل از یک منطق پایدارتر و امکانات پیشرفته‌تر برخوردار است و معمولاً در شبکه‌های بزرگ و پیچیده مورداستفاده قرار می‌گیرد.

پروتکل مسیریابی دروازه داخلی پیشرفته (EIGRP)

EIGRP مخفف عبارت Enhanced Interior Gateway Routing Protocol است که یک پروتکل مسیریابی پویا و حالت پیوند است، به این معنی که هر روتر اطلاعات مربوط به تمام پیوندهای شبکه را در اختیار دارد. EIGRP از الگوریتم DUAL (Diffusing Update Algorithm) برای تعیین مسیرها استفاده می‌کند. این الگوریتم بر اساس کوتاه‌ترین و کم‌هزینه‌ترین مسیر است. روترهای EIGRP هر 5 ثانیه یک‌بار به یکدیگر پیام‌هایی ارسال می‌کنند که حاوی اطلاعات مربوط به پیوندهای آن‌ها است. این پیام‌ها شامل شناسه شبکه، شناسه روتر، هزینه پیوند و وضعیت پیوند است.

پروتکل دروازه مرزی (BGP)

پروتکل BGP مخفف “Border Gateway Protocol” است که به‌عنوان یک پروتکل EGP جایگزین شناخته می‌شود و برای مسیریابی بین دامنه‌های مختلف در اینترنت به کار می‌رود. این پروتکل از یک منطق پایدارتر و امکانات پیشرفته‌تر نسب به EGP برخوردار است و معمولاً در شبکه‌های بزرگ و پیچیده مورداستفاده قرار می‌گیرد. BGP در لایه 4 مدل OSI (لایه انتقال) قرار دارد و به‌عنوان یک پروتکل مسیریابی شبکه خارجی شناخته می‌شود.

BGP برای تصمیم‌گیری در مورد بهترین مسیر برای انتقال داده‌ها از یک شبکه به شبکه دیگر به کار می‌رود. این پروتکل اطلاعات مسیریابی را بین مسیریاب‌ها منتقل می‌کند و تصمیم‌گیری‌ها بر اساس خطوط لینک بین شبکه‌ها، کیفیت این لینک‌ها و سیاست‌های مسیریابی شبکه‌ها انجام می‌شود.

سیستم میانی به سیستم میانی (IS-IS)

پروتکل IS-IS مخفف عبارت “Intermediate System to Intermediate System” است که «سیستم میانی به سیستم میانی» معنی می‌شود. این پروتکل به‌عنوان یک پروتکل مسیریابی شبکه داخلی (IGP) استفاده می‌شود و برای ارسال اطلاعات مسیریابی درون یک شبکه استفاده می‌شود.

IS-IS اصلی‌ترین کاربرد و نقش خود را در شبکه‌های بزرگ و پیچیده مانند در شبکه‌های ارتباطات اپراتورهای ارتباطات موبایل و ارتباطات شهری اجرا می‌کند. این پروتکل اطلاعات مسیریابی شبکه را به‌صورت پویا از یک مسیریاب به مسیریاب دیگر منتقل می‌کند و می‌تواند با تغییرات در شبکه به‌خوبی مقیاس‌پذیری را حفظ کند.

انواع مسیریابی در شبکه

مسیریابی شبکه یکی از ضروری‌ترین رویه‌ها در ارتباطات داده است. این موضوع تضمین می‌کند که داده‌ها با سرعت مطلوب و حداقل تأخیر از یک شبکه به شبکه دیگر منتقل می‌شوند و یکپارچگی آن در این فرآیند حفظ می‌شود. در شبکه‌های بزرگ، مسیریابی به دلیل پویایی بالا و تعداد زیادی از دستگاه‌ها و شبکه‌ها، اهمیت بسیاری دارد. در اینجا، سه نوع مسیریابی شبکه را بررسی می‌کنیم:

مسیریابی ثابت یا استاتیک (Static Routing)

مسیریابی استاتیک نوعی تکنیک مسیریابی شبکه است و یک پروتکل مسیریابی به‌حساب نمی‌آید. مسیریابی استاتیک پیکربندی و انتخاب مسیر شبکه به‌صورت دستی است که معمولاً توسط مدیر شبکه مدیریت می‌شود. این مسیریابی شبکه زمانی استفاده می‌شود که قرار است پارامترهای شبکه و محیط ثابت باقی بمانند.

مسیریابی استاتیک فقط در بعضی از موقعیت‌ها کاربرد دارد. آن‌ها معمولاً در شرایطی اجرا می‌شوند که انتخاب‌ها در  مسیر محدود هستند یا تنها یک مسیر پیش‌فرض در دسترس است. همچنین درصورتی‌که دستگاه‌های کمی برای پیکربندی مسیر دارید و نیازی به تغییر مسیر در آینده نیست، می‌توان از مسیریابی استاتیک استفاده کرد.

مسیریابی پیش‌فرض (Default Routing)

مسیریابی پیش‌فرض یک مسیر در جدول مسیریابی شبکه است که به روتر اطلاع می‌دهد درصورتی‌که هیچ مسیر دیگری برای رسیدن به مقصد وجود نداشته باشد، بسته‌ها را به چه مقصدی ارسال کند. مسیریابی پیش‌فرض معمولاً برای اتصال یک شبکه به شبکه‌ای بزرگ‌تر استفاده می‌شود. همچنین می‌تواند برای اتصال چندین شبکه به یکدیگر استفاده شود. مسیریابی پیش‌فرض معمولاً با یک مقدار فاصله مدیریتی همراه است.

فاصله مدیریتی یک عدد است که نشان می‌دهد یک مسیر چقدر قابل‌اعتماد است. مقادیر فاصله مدیریتی معمولاً بین 0 تا 255 متغیر هستند. مقادیر کوچک‌تر نشان‌دهنده مسیرهای قابل‌اعتمادتر هستند. اگر یک روتر چندین مسیر به یک مقصد داشته باشد، روتر مسیری را انتخاب می‌کند که فاصله مدیریتی آن کوچک‌تر باشد. اگر فاصله مدیریتی همه مسیرها یکسان باشد، روتر مسیری را انتخاب می‌کند که هزینه آن کمتر باشد.

مسیریابی پویا یا داینامیک (Dynamic Routing)

مسیریابی پویا یک رویکرد در شبکه‌های کامپیوتری است که در آن مسیرهای ارسال داده‌ها به‌صورت دینامیک (پویا) و با توجه به شرایط شبکه به‌روزرسانی می‌شوند. این روش به معنای این است که مسیریاب‌ها به‌صورت خودکار و با استفاده از پروتکل‌های مسیریابی، اطلاعات مسیریابی را با یکدیگر به اشتراک می‌گذارند و تصمیم می‌گیرند که بسته‌ها چگونه در شبکه جابه‌جا شوند. مسیریابی پویا به‌طور مداوم جدول مسیریابی خود را با مسیرها و هزینه و متریک آن‌ها به‌روز می‌کند و درنهایت تصمیمات مسیریابی شبکه بهینه را بر اساس تغییر محیط‌های عملیاتی شبکه می‌گیرد.

استفاده از پروتکل‌های مسیریابی مانند OSPF و BGP در مسیریابی پویا رایج است. این پروتکل‌ها به مسیریاب‌ها این امکان را می‌دهند که اطلاعات مسیریابی را با یکدیگر به اشتراک بگذارند و به‌طور خودکار تصمیم‌گیری در مورد بهترین مسیر برای ارسال داده‌ها را انجام دهند. این مسیریابی شبکه از اهمیت بالایی برای مدیریت بهینه ترافیک و افزایش انعطاف‌پذیری در شبکه‌های بزرگ برخوردار است.

کلام پایانی

انواع مسیریابی در شبکه، یکی از جنبه‌های جذاب و حیاتی درزمینهٔ فناوری اطلاعات و ارتباطات است. این حوزه به شکل کلان در تدارک ارتباطات مدرن و ایجاد اتصالات هوشمند بین دستگاه‌ها و شبکه‌ها سهیم می‌شود. مسیریاب‌ها نقش اساسی در راه‌اندازی و پیشرفت این تکنولوژی ایفا می‌کنند. در عصر اطلاعات و ارتباطات، مسیریابی شبکه نقشی بی‌پایان در بهبود کارایی، امنیت و اتصالات فراهم می‌کند. این فرایند، هوشمندانه و بهینه‌سازی شده، این امکان را می‌دهد که به‌سرعت و به‌صورت مطمئن اطلاعات را در سرتاسر جهان منتقل شود.