آشنایی با انواع پروتکل های مسیریابی

پروتکل مسیریابی چیست؟

پروتکل مسیریابی به مجموعه ای از قوانین و قواعد گفته می شود که برای تعیین مسیرهای بهینه و موثر برای انتقال داده ها در شبکه است.وظیفه اصلی پروتکل مسیربابی، جمع آوری اطلاعات مربوط به شبکه و مسیریابی بسته ها بر اساس این اطلاعات است. این اطلاعات شامل جزئیات مربوط به وضعیت شبکه، مسیرهای موجود، معیارهای کیفیت مسیر و سایر فاکتورهای مربوط به انتقال داده است.

پروتکل مسیربابی (Routing Information Protocol) یا به اختصار RIP، این توانمندی را به روترها و سوئیچ های لایه 3 می دهد تا دو شبکه متفاوت که میخواهند با هم ارتباط داشته باشند و اطلاعاتی را ارسال و یا دریافت کنند بصورت داینامیک جدول مسیریابی Routing Table بین روترهای موجود در یک شبکه را ایجاد و با دریافت پیام های آپدیت از سایر روترها و پردازش آنها و آپدیت جدول مسیریابی بطور مداوم و یافتن بهترین مسیر برای ارسال بسته های داده از وظایف این پروتکل می باشد.

پروتکل های مسیر یابی استاتیک (Static Routing Protocols) و پویا (Dynamic Routing Protocols):

در شبکه‌های کامپیوتری، مسیریابی استاتیک و پویا دو روش مختلف برای تعیین مسیرها و انتقال داده‌ها بین مسیریاب‌ها را نشان می‌دهند.

مسیریابی استاتیک (Static Routing Protocols): در مسیریابی استاتیک، مسیرها بطور دستی و پیش‌فرض توسط مدیر شبکه تنظیم می‌شوند. در این روش، مسیریاب‌ها از طریق تنظیمات دستی یا فایل‌های پیکربندی، اطلاعات مسیریابی را دریافت می‌کنند. این اطلاعات شامل آدرس‌های IP مقصد و مسیرهای مربوطه است. یکبار تنظیم شده، مسیرها تا زمان تغییر در پیکربندی دستی توسط مدیر شبکه پایدار باقی می‌مانند.

مسیریابی استاتیک عموماً در شبکه‌های کوچک و ساده‌تر استفاده می‌شود، زیرا نیاز به پیکربندی و محافظت کمتری دارد. با این حال، در شبکه‌های بزرگ و پیچیده، مسیریابی استاتیک ممکن است دشوار و ناکارآمد باشد، زیرا نیاز به تغییرات مکرر در مسیرها را ندارد و عدم انعطاف‌پذیری را به دنبال دارد.

مسیریابی پویا (Dynamic Routing Protocols): در مسیریابی پویا، مسیرها توسط پروتکل‌های مسیریابی خودکار تعیین می‌شوند. در این روش، مسیریاب‌ها از طریق تبادل پیام‌های مسیریابی با یکدیگر در شبکه، اطلاعات در مورد وضعیت شبکه و مسیرهای ممکن را جمع‌آوری و به‌روزرسانی می‌کنند.

پروتکل‌های مسیریابی پویا مانند OSPF (Open Shortest Path First) و RIP (Routing Information Protocol) از الگوریتم‌های پیچیده برای تعیین بهترین مسیرها و به‌روزرسانی جداول مسیریابی استفاده می‌کنند. به کمک مسیریابی پویا، مسیریاب‌ها قادر به تطبیق و پاسخ به تغییرات در شبکه هستند و مسیرهای بهینه‌تر را برای انتقال داده‌ها انتخاب می‌کنند. مسیریابی پویا به‌طور عمده در شبکه‌های بزرگ و پیچیده استفاده می‌شود، زیرا توانایی پاسخگویی به تغییرات سریع و انعطاف‌پذیری بیشتری دارد.

مزایا و معایب استفاده از ترکیبی از مسیریابی استاتیک و پویا چیست؟

استفاده از ترکیبی از مسیریابی استاتیک و پویا، می‌تواند برخی مزایا را به همراه داشته باشد. در زیر مزایا و معایب استفاده از این روش ترکیبی را بررسی می‌کنیم:

مزایا

• انعطاف‌پذیری: با استفاده از مسیریابی استاتیک درون شبکه و مسیریابی پویا بین شبکه‌ها، می‌توانید انعطاف‌پذیری بیشتری داشته باشید. مسیریابی استاتیک به شما اجازه می‌دهد مسیرهای ثابت و پایدار را تعیین کنید و مسیریابی پویا قادر است به تغییرات در شبکه و انتخاب بهترین مسیرها پاسخ دهد.
• بهره‌وری منابع: با استفاده از مسیریابی استاتیک در داخل شبکه، می‌توانید منابع پردازشی و پهنای باند شبکه را به طور مؤثر‌تر مدیریت کنید، زیرا مسیرها ثابت هستند و نیاز به پردازش مجدد جداول مسیریابی نیست. این می‌تواند بهبود عملکرد و کاهش هزینه‌های سخت‌افزاری و پهنای باند منجر شود.
• امنیت: با استفاده از مسیریابی استاتیک، می‌توانید کنترل بیشتری بر روی جریان داده‌ها و مسیرهایی که از طریق شبکه عبور می‌کنند، داشته باشید. این می‌تواند به شما کمک کند تا مسیرهایی که برای انتقال داده‌ها استفاده می‌شود را کنترل و محدود کنید و احتمال حملات شبکه را کاهش دهید.

معایب

• پیچیدگی پیکربندی: استفاده از ترکیبی از مسیریابی استاتیک و پویا می‌تواند پیچیدگی بیشتری در پیکربندی شبکه ایجاد کند. برای تنظیم و پیکربندی هر دو نوع مسیریابی، نیاز به دانش و تجربه بیشتری دارید و احتمال بروز خطاها و مشکلات پیکربندی بیشتر است.
• افزایش ترافیک شبکه: استفاده از مسیریابی پویا در برخی شبکه‌ها ممکن است منجر به افزایش ترافیک شبکه شود. پروتکل‌های مسیریابی پویا معمولاً پیام‌های مسیریابی را در سراسر شبکه انتشار می‌دهند و این می‌تواند پهنای باند شبکه را اشغال کند و ترافیک راهکار موقتی باشد و نباید به عنوان راه حل دائمی در نظر گرفته شود.

در نهایت، هر روش مسیریابی (استاتیک یا پویا) مزایا و معایب خود را دارد. مسیریابی استاتیک ساده‌تر و سریعتر است برای شبکه‌های کوچک، کم ترافیک و استفاده‌ی ثابت از مسیرها، اما نیاز به پیکربندی دستی دارد و نمی‌تواند به طور خودکار و بهینه واکنش نشان دهد به تغییرات در شبکه. در مقابل، مسیریابی پویا انعطاف‌پذیرتر است و قادر به پاسخگویی به تغییرات در شبکه است، اما پیچیدگی بیشتری دارد و نیاز به پردازش و منابع بیشتری دارد.

استفاده از مسیریابی استاتیک یا پویا بستگی به نیازها و شرایط شبکه دارد. در برخی موارد، می‌توان از ترکیبی از این دو روش (مثل استفاده از مسیریابی استاتیک داخلی و مسیریابی پویا بین شبکه‌ها) بهره برد تا مزایا و معایب هر روش را ترکیب کند و نیازهای خاص شبکه را برآورده کند.

انواع پروتکل های مسیریابی:

بطور کلی پروتکل های روتینگ به سه دسته Link state، Distance Vector و hybrid تقسیم میشود. در ادامه هر یک را توضیح داده و همچنین انواع آنها را نام میبریم.

پروتکل Distance Vector

پروتکل های مسیریابی بردار فاصله (Distanece-Vector routing protocol) با استفاده از دو فاکتور مسافت (Distance) و بردار (Vector) عملیات روتینگ را انجام میدهند. این روش ساده ترین روش روتیگ بوده اما بهترین نیست.

این اطلاعات با استفاده از Broadcast انجام می شود و از آدرس آی پی 255.255.255.255 نیز استفاده میکند. در پروتکل Distance Vector، هر مسیریاب به صورت دوره‌ای جدولی از مسیرهای ممکن را به همسایگان خود ارسال می‌کند. این جدول شامل فاصله و جهت به مقصد نهایی است. همسایگان همچنین جدولی مشابه را دریافت می‌کنند و بر اساس آن اقدام می‌کنند. این فرآیند به صورت متقابل ادامه می‌یابد تا همه مسیریاب‌ها به تسویه برسند و جداول مسیریابی به‌روز شوند.

هر مسیریاب به منظور ارسال جدول مسیریابی خود به همسایگان، از یک پیام مبتنی بر فاصله و جهت استفاده می‌کند. معروف‌ترین نمونه از این پروتکل، پروتکل Routing Information Protocol (RIP) است که در شبکه‌های کوچک و متوسط استفاده می‌شود.

مزیت اصلی پروتکل Distance Vector این است که ساده و سازگار با شبکه‌های بزرگ است. با این حال، به دلیل محدودیت‌هایی مانند مشکل در شمارش تعداد هاپ‌ها، پیچیدگی در تشخیص و جلوگیری از حلقه‌های مسیریابی و زمان طولانی برای به‌روزرسانی جداول مسیریابی، در شبکه‌های بزرگتر از حد معمول ممکن است عملکرد ضعیفی داشته باشد. در این موارد، پروتکل‌های مسیریابی مبتنی بر جفت مسیریاب‌ها مانند پروتکل Link State معمولاً ترجیح داده می‌شوند.

پروتکل Link state

پروتکل Link State یکی دیگر از الگوریتم‌های مسیریابی در شبکه‌های کامپیوتری است. در این پروتکل، هر مسیریاب اطلاعات دقیقی در مورد وضعیت لینک‌ها و اتصالات شبکه بین خود و سایر مسیریاب‌ها جمع‌آوری و به همه مسیریاب‌ها انتشار می‌دهد. با استفاده از این اطلاعات، هر مسیریاب می‌تواند بهترین مسیر را برای ارسال پیام‌ها و بسته‌های داده تعیین کند.

در پروتکل Link State، هر مسیریاب اطلاعات مربوط به لینک‌ها و اتصالات خود را به صورت پیامی مبتنی بر وضعیت (LSA) ارسال می‌کند. این پیام‌ها شامل اطلاعات مانند آدرس IP، وضعیت لینک (مانند فعال یا غیرفعال) و همسایگی با سایر مسیریاب‌ها است. همه مسیریاب‌ها این پیام‌ها را دریافت و با استفاده از آن‌ها یک نقشه کامل از شبکه را ایجاد می‌کنند.

با توجه به نقشه کامل شبکه، هر مسیریاب می‌تواند یک جدول مسیریابی را تولید کند که شامل بهترین مسیرها به مقصد نهایی است. برای تعیین بهترین مسیر، معیارهایی مانند فاصله، پهنای باند، تاخیر و معیارهای دیگر می‌توانند مورد استفاده قرار بگیرند.

مزیت اصلی پروتکل Link State این است که به هر مسیریاب اطلاعات دقیقی در مورد وضعیت کل شبکه و لینک‌ها می‌دهد. این اطلاعات به مسیریاب‌ها کمک می‌کند تا تصمیمات هوشمندانه‌تری در مورد انتخاب مسیر بگیرند و از مسیریابی بهتر و پایدارتر برخوردار شوند.

با این حال، پروتکل Link State نیازمند منابع بیشتری برای ذخیره و پردازش اطلاعات شبکه است. همچنین، در صورت تغییرات مکرر در شبکه، انتشار و به‌روزرسانی اطلاعات Link State ممکن است وسوسه‌آور باشد و به ایجاد ترافیک زیاد در شبکه منجر شود. بنابراین، بهره‌برداری مناسب از پروتکل Link State نیاز به مدیریت دقیق و به‌روز از شبکه دارد.

پروتکل Hybrid

پروتکل Hybrid در شبکه‌های کامپیوتری یک ترکیب از پروتکل‌های مسیریابی Distance Vector و Link State است. این پروتکل تلاش می‌کند برخی از مزایای هر دو پروتکل را ترکیب کند و معایب آن‌ها را کاهش دهد.

در پروتکل Hybrid، شبکه به چند منطقه (Area) تقسیم می‌شود. هر منطقه می‌تواند از یکی از دو نوع پروتکل مسیریابی استفاده کند، یعنی پروتکل Distance Vector یا پروتکل Link State. به عنوان مثال، درون هر منطقه می‌توان از پروتکل Link State استفاده کرده و برای ارتباط بین مناطق از پروتکل Distance Vector استفاده نمود.

مزایای استفاده از پروتکل Hybrid عبارتند از:

• مقیاس‌پذیری: با تقسیم شبکه به مناطق، الگوریتم‌های مسیریابی در هر منطقه به طور مستقل عمل می‌کنند، که می‌تواند مقیاس‌پذیری را بهبود بخشد.
  کاهش هزینه‌های پردازشی: پروتکل Link State معمولاً منبع پردازش و حافظه بیشتری نسبت به پروتکل Distance Vector نیاز دارد. با استفاده از Hybrid، هر منطقه می‌تواند از یکی از این دو پروتکل استفاده کند و منابع را بهینه کند.
• سرعت همسایگی (Convergence): در پروتکل Distance Vector، همسایگی‌ها به طور دوره‌ای به همسایگان اعلام می‌شوند و زمانی طول می‌کشد تا جداول مسیریابی به‌روزرسانی شوند. با استفاده از پروتکل Link State درون مناطق، همسایگی‌ها به صورت فوری و با سرعت بالا به‌روزرسانی می‌شوند.
• انعطاف‌پذیری: با استفاده از پروتکل Hybrid، می‌توان برای هر منطقه انتخاب کرد که از کدام پروتکل استفاده کند. این امکان را به مدیران شبکه می‌دهد تا براساس نیاز و شرایط خاص شبکه، تنظیمات را سفارشی کنند.

پروتکل Hybrid معمولاً در شبکه‌های بزرگ و پیچیده‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا این شبکه‌ها نیاز به مزایای هر دو پروتکل مسیریابی دارند و از این طریق می‌توانند بهبودی در عملکرد و کارایی شبکه داشته باشند.

انواع پروتکل Distance Vector:

• RIP
• IGRP

پروتکل RIP

پروتکل RIP (Routing Information Protocol) یک پروتکل مسیریابی داخلی است که در شبکه‌های کامپیوتری استفاده می‌شود. RIP از الگوریتم بلمن-فورد (Bellman-Ford) برای محاسبه مسیرها استفاده می‌کند و برای تبادل اطلاعات مسیریابی در شبکه‌های کوچک و متوسط به کار می‌رود.

در پروتکل RIP، مسیریاب‌ها اطلاعات مسیریابی خود را به صورت دوره‌ای و از طریق پیام‌های RIP Update ارسال می‌کنند. این پیام‌ها به صورت Broadcast یا Multicast ارسال می‌شوند و حاوی اطلاعات مربوط به مسیرها، فاصله (تعداد هاپ‌ها) و سایر معیارهای مسیریابی هستند.

RIP از معیار فاصله به عنوان معیار اصلی برای تعیین بهترین مسیر استفاده می‌کند. در RIP، هر مسیریاب تعداد هاپ‌ها (تعداد مسیریاب‌های عبوری) را به مسیرها نسبت می‌دهد و مسیر با کمترین تعداد هاپ به عنوان بهترین مسیر در نظر گرفته می‌شود.

یکی از ویژگی‌های RIP این است که محدودیت تا ۱۵ هاپ را در نظر می‌گیرد، به این معنی که مسیریابی با فاصله بیشتر از ۱۵ هاپ در نظر گرفته نمی‌شود و به عنوان مسیر غیرقابل دسترس در نظر گرفته می‌شود.

RIP به عنوان یک پروتکل مسیریابی ساده و آسان برای پیاده‌سازی شناخته شده است. با این حال، به دلیل محدودیت‌های خود مانند زمان پاسخگویی بالا و عدم پشتیبانی از شبکه‌های بزرگتر، در شبکه‌های بزرگ و پیچیده معمولاً پروتکل‌های مسیریابی پیشرفته‌تری مانند OSPF (Open Shortest Path First) و EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پروتکل IGRP

پروتکل IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) یک پروتکل مسیریابی داخلی است که در شبکه‌های کامپیوتری استفاده می‌شود. IGRP توسط شرکت سیسکو (Cisco) توسعه داده شده است و یکی از اولین پروتکل‌های مسیریابی داخلی برای شبکه‌های مبتنی بر IP است.

در IGRP، مسیریاب‌ها اطلاعات مسیریابی خود را با استفاده از معیارهای مختلف مانند فاصله (distance)، بار (load) و سرعت (bandwidth) به همدیگر ارسال می‌کنند. این اطلاعات مسیریابی به صورت دوره‌ای و از طریق پیام‌های Update ارسال می‌شوند.

از آنجا که IGRP یک پروتکل داخلی است، معمولاً در داخل یک شبکه محدود به یک دامنه مسیریابی (routing domain) استفاده می‌شود. IGRP از الگوریتم‌های پیچیده‌تری مثل الگوریتم خاص خود Cisco به عنوان الگوریتم مسیریابی استفاده می‌کند.

به عنوان یک پروتکل مسیریابی داخلی، IGRP قابلیت‌هایی مانند همکاری با پروتکل‌های مسیریابی دیگر در داخل یک دامنه را داراست. در حقیقت، IGRP می‌تواند با پروتکل‌های دیگری مانند RIP (Routing Information Protocol) همکاری کند و اطلاعات مسیریابی را با آن‌ها به اشتراک بگذارد.

هرچند که IGRP به خوبی در شبکه‌های کوچک و متوسط عمل می‌کند، اما با توجه به پیچیدگی‌ها و محدودیت‌هایش، به طور عمده توسط پروتکل‌های مسیریابی پیشرفته‌تری مانند EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) که نسخه بهبود یافته‌ی IGRP است، جایگزین شده است.

انواع پروتکل Link state:

• IS-IS
• OSPF

پروتکل IS-IS

پروتکل IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) یک پروتکل مسیریابی داخلی است که به عنوان یک پروتکل مسیریابی دسته‌ای (link-state) عمل می‌کند. این پروتکل از الگوریتم دایکسترا (Dijkstra) برای محاسبه کردن مسیرهای بهتر استفاده می‌کند و در شبکه‌های بزرگ و پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

IS-IS برای ارسال اطلاعات مسیریابی و تبادل پیام‌ها بین مسیریاب‌ها در شبکه استفاده می‌شود. در این پروتکل، مسیریاب‌ها اطلاعات مسیریابی خود را در پیام‌های Link State Protocol Data Unit (LSPDU) قرار می‌دهند و این پیام‌ها را در سرتاسر شبکه به اشتراک می‌گذارند. با تجمیع این پیام‌ها، نقشه‌ی مسیریابی کامل شبکه ساخته می‌شود.

IS-IS از مفهوم “Intermediate System” استفاده می‌کند که به معنای هر دستگاهی است که قادر است ترافیک را از یک دامنه‌ی مسیریابی به دامنه‌ی مسیریابی دیگر انتقال دهد. این می‌تواند یک مسیریاب یا یک سوئیچ باشد. از IS-IS عمدتاً در شبکه‌های ارتباطی مبتنی بر پروتکل MPLS (Multi-Protocol Label Switching) استفاده می‌شود. این پروتکل برای مسیریابی ترافیک در شبکه‌های MPLS استفاده می‌شود و قابلیت‌هایی مانند توزیع بار، امنیت، کیفیت خدمات (QoS) و مدیریت ترافیک را فراهم می‌کند.

در مجموع، IS-IS یک پروتکل مسیریابی پیچیده و پر قدرت است که در شبکه‌های بزرگ و پیچیده کارایی بالایی دارد. از آنجا که IS-IS به عنوان یک پروتکل مسیریابی لایه 3 عمل می‌کند، معمولاً در شبکه‌های ISP (Internet Service Provider)، شبکه‌های تلفن همراه و شبکه‌های بانکداری استفاده می‌شود. جهت کسب اطلاعات بیشتر درباره پروتکل مسیریابی IS-IS چیست کلیک کنید.

پروتکل OSPF

OSPF مخفف عبارت Open Shortest Path First که از نوع Link State می باشد، جهت مسیریابی IP شبکه‌های گسترده استفاده می‌شود. در این پروتکل، یک اطلاعیه برای تمام همسایگان متصل در یک ناحیه می‌فرستد و هر روتر OSPF که فعال باشد، یک بسته‌ با نام Hello به تمام روترهای دیگر ارسال می‌کند. در بسته‌‌ی Hello ارسال شده توسط روتر ها اطلاعاتی نظیر تایمرهای روتر، ID روتر و Subnet mask قرار دارد. هنگامی که روترهای دیگر این اطلاعات را تایید کنند، روتر جدید وارد سیستم می‌شود.

روترهای همسایه با تغییر پایگاه داده‌ی link state یک adjacency (مجاورت) ایجاد می‌کنند. در این پروتکل از الگوریتم SPF با نام Dijkstra استفاده می شود که باعث می‌شود کوتاه‌ترین مسیر از منبع تا مقصد مشخص شود. از ویژگی های OSPF میتوان به عدم محدودیت در تعداد هاب و همچنین آدرس دهی چندپخشی که برای ارسال به‌روز رسانی اطلاعات مسیریابی استفاده می شود اشاره کرد.

بیشتر بخوانید: پروتکل OSPF چیست و چه کاربردی دارد؟

انواع پروتکل Hybrid:

EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) یک پروتکل مسیریابی داخلی است که برای مسیریابی در شبکه‌های محلی و وسیع استفاده می‌شود. EIGRP توسط شرکت سیسکو توسعه داده شده است و یکی از پروتکل‌های مسیریابی پیشرفته است. همچنین مدل پیشرفته IGRP که یک پروتکل Distance Vector است، که مزیت‌هایی نسبت به پروتکل‌های مسیریابی دیگر مانند RIP و OSPF دارد.

مزیت‌های EIGRP عبارتند از:

– سرعت و کارایی: EIGRP از الگوریتم‌های پیشرفته و بهینه سازی برای محاسبه مسیرها استفاده می‌کند. این الگوریتم‌ها به EIGRP امکان می‌دهند تا سریعترین مسیر را بین دو نقطه محاسبه کرده و از مسیرهای جایگزین در صورت قطعی یا از کار افتادن مسیرها استفاده کند. این ویژگی باعث افزایش سرعت و کارایی در ارسال ترافیک شبکه می‌شود.

– پایداری: EIGRP دارای مکانیزم‌های بهبود پایداری است که به شبکه‌ها در مقابل تغییرات توپولوژی و مشکلات شبکه مقاومت می‌بخشد. این مکانیزم‌ها شامل تکنیک‌های مانیتورینگ و اطلاع‌رسانی به صورت پویا و همچنین توانایی بازیابی خودکار مسیرها در صورت قطعی موقتی می‌شوند.

– پشتیبانی از شبکه‌های بزرگ: EIGRP قابلیت مقیاس‌پذیری بالا را دارد و به سادگی می‌تواند در شبکه‌های بزرگ و پیچیده استفاده شود. این پروتکل از توپولوژی‌های شبکه‌ای با تعداد بزرگی از روترها و زیرشبکه‌ها پشتیبانی می‌کند و می‌تواند مسیریابی بهینه را در این شبکه‌ها ارائه دهد.

– پشتیبانی از مسیریابی واید (Wide Metric): EIGRP قابلیت پشتیبانی از معیارهای مسیریابی واید را دارد. این به معنی این است که می‌تواند عواملی مانند عرض باند، تاخیر، از دست رفتن بسته‌ها و غیره را در محاسبه مسیر در نظر بگیرد. این ویژگی به EIGRP امکان می‌دهد تا ترافیک را روی مسیرهای با عملکرد بهتر و با کیفیت بالاتر هدایت کند.

بیشتر بخوانید: تفاوت سوئیچ های لایه 2 و 3 شبکه