پروتکل‌های مسیریابی شبکه ابزارهای مهمی برای هدایت داده‌ها در مسیرهای بهینه بین دستگاه‌ها و شبکه‌ها هستند. این پروتکل‌ها با تبادل اطلاعات مسیریابی میان روترها، امکان انتخاب بهترین مسیر برای ارسال بسته‌ها را فراهم می‌کنند. در این مقاله به بررسی و آشنایی با انواع پروتکل‌های مسیریابی از جمله پروتکل‌های داخلی (IGP) و خارجی (EGP) خواهیم پرداخت و نقش هرکدام را در مدیریت ترافیک شبکه و بهینه‌سازی ارتباطات توضیح خواهیم داد.

پروتکل‌های مسیریابی چیستند و چرا اهمیت دارند؟

پروتکل‌های مسیریابی (Routing Protocols) مجموعه‌ای از قوانین و مکانیزم‌ها هستند که به روترها کمک می‌کنند تا بهترین مسیر برای انتقال داده‌ها از مبدأ به مقصد را پیدا کنند. این پروتکل‌ها با جمع‌آوری و مبادله اطلاعات شبکه، نقشه‌ای از توپولوژی شبکه ایجاد کرده و امکان تصمیم‌گیری هوشمندانه برای هدایت بسته‌های داده را فراهم می‌کنند. پروتکل‌های مسیریابی به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: پروتکل‌های داخلی (IGP) برای مدیریت مسیریابی در داخل یک سیستم خودمختار (AS) و پروتکل‌های خارجی (EGP) برای مدیریت مسیریابی بین سیستم‌های خودمختار.

اهمیت پروتکل‌های مسیریابی در تضمین عملکرد صحیح و کارآمد شبکه‌های بزرگ و پیچیده است. بدون وجود این پروتکل‌ها، شبکه‌ها نمی‌توانند به صورت پویا به تغییرات توپولوژی، مانند اضافه شدن یا حذف گره‌ها و مسیرها، پاسخ دهند. همچنین این پروتکل‌ها با توزیع بار ترافیک، جلوگیری از حلقه‌های مسیریابی و بهبود زمان دسترسی به داده‌ها، کیفیت خدمات شبکه را بهبود می‌بخشند.

انواع پروتکل های مسیریابی شبکه

• پروتکل‌های مسیریابی داخلی (IGP):

پروتکل‌های مسیریابی داخلی (Interior Gateway Protocols یا IGP) برای مدیریت ترافیک درون یک سیستم خودمختار (AS) طراحی شده‌اند و به روترها کمک می‌کنند تا بهترین مسیرها را برای انتقال داده‌ها پیدا کنند. این پروتکل‌ها بر اساس الگوریتم‌های مختلف کار می‌کنند و به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند: پروتکل‌های Distance-Vector، پروتکل‌های Link-State و پروتکل‌های Hybrid. هر یک از این دسته‌ها ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند که در ادامه شرح داده می‌شوند.

• پروتکل‌های Distance-Vector:

پروتکل‌های Distance-Vector مانند RIP از الگوریتم Bellman-Ford استفاده می‌کنند و اطلاعات مسیریابی را با ارسال جدول‌های مسیریابی به روترهای همسایه به اشتراک می‌گذارند. این پروتکل‌ها به سادگی پیکربندی و مدیریت می‌شوند اما محدودیت‌هایی مانند عدم مقیاس‌پذیری و واکنش کند به تغییرات توپولوژی دارند. در این پروتکل‌ها، تصمیم‌گیری برای انتخاب مسیر بر اساس تعداد هاپ (Hop Count) انجام می‌شود.

• پروتکل‌های Link-State:

پروتکل‌های Link-State مانند OSPF و IS-IS از الگوریتم Dijkstra استفاده می‌کنند و با ایجاد نقشه‌ای جامع از توپولوژی شبکه، مسیرهای بهینه را انتخاب می‌کنند. این پروتکل‌ها اطلاعات توپولوژی را بین تمامی روترهای شبکه به اشتراک می‌گذارند، که باعث واکنش سریع‌تر به تغییرات و مقیاس‌پذیری بیشتر می‌شود. اگرچه این پروتکل‌ها پیچیده‌تر هستند، اما برای شبکه‌های بزرگ و پیچیده بسیار کارآمدند.

• پروتکل‌های Hybrid:

پروتکل‌های Hybrid مانند EIGRP ترکیبی از ویژگی‌های پروتکل‌های Distance-Vector و Link-State هستند. این پروتکل‌ها مزایای هر دو نوع را در خود دارند، از جمله سرعت بالا در همگرایی و استفاده بهینه از منابع شبکه. EIGRP به‌ویژه در شبکه‌های متوسط و بزرگ که نیاز به پیکربندی آسان و کارایی بالا دارند، محبوب است.

• پروتکل‌های مسیریابی خارجی (EGP):

پروتکل‌های مسیریابی خارجی (Exterior Gateway Protocols یا EGP) برای مسیریابی بین سیستم‌های خودمختار (AS) مختلف در اینترنت استفاده می‌شوند. این پروتکل‌ها با تبادل اطلاعات مسیریابی بین ASهای متفاوت، امکان اتصال و ارتباط شبکه‌های مختلف را فراهم می‌کنند. معروف‌ترین و پراستفاده‌ترین پروتکل EGP پروتکل BGP است که استاندارد مسیریابی اینترنت جهانی به شمار می‌رود. EGPها با ارائه مکانیزم‌هایی برای جلوگیری از حلقه‌های مسیریابی و مدیریت سیاست‌های پیچیده، تضمین می‌کنند که داده‌ها به درستی بین شبکه‌ها منتقل شوند.

انواع پروتکل های مسیریابی شبکه

پروتکل‌های Distance-Vector

Distance-Vector یکی از انواع پروتکل‌های مسیریابی داخلی (IGP) هستند که برای ارسال اطلاعات مسیر و تصمیم‌گیری در مورد بهترین مسیر به روترهای همسایه استفاده می‌شوند. این پروتکل‌ها از الگوریتم Bellman-Ford برای محاسبه مسیرها استفاده کرده و اطلاعات مسیریابی را با ارسال دوره‌ای جدول‌های مسیریابی به اشتراک می‌گذارند.

 

پروتکل‌های Distance-Vector شامل دو پروتکل اصلی هستند که در ادامه به آنها می‌پردازیم:

1. پروتکل RIP (Routing Information Protocol)

RIP یکی از ساده‌ترین و قدیمی‌ترین پروتکل‌های مسیریابی است که در شبکه‌های کوچک استفاده می‌شود. این پروتکل از تعداد هاپ‌ها (Hop Count) به‌عنوان معیار (Metric) برای انتخاب مسیر استفاده می‌کند. حداکثر تعداد هاپ در RIP برابر با 15 است، که این محدودیت باعث شده این پروتکل برای شبکه‌های بزرگ مناسب نباشد. روترها در RIP هر 30 ثانیه اطلاعات جدول مسیریابی خود را به همسایگان ارسال می‌کنند، که می‌تواند باعث ترافیک اضافی در شبکه شود.

نسخه‌های مختلفی از RIP ارائه شده است، از جمله RIP Version 1 و RIP Version 2. نسخه دوم قابلیت‌هایی مانند پشتیبانی از Subnet Mask و ارسال اطلاعات به‌صورت Multicast را اضافه کرد. با وجود این بهبودها RIP به دلیل محدودیت‌هایی مانند واکنش کند به تغییرات شبکه و حداکثر تعداد هاپ محدود، کمتر در شبکه‌های مدرن استفاده می‌شود.

پروتکل RIP چیست و چگونه روتینگ را انجام می دهد؟

2. پروتکل IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)

IGRP که توسط سیسکو توسعه داده شد، برای غلبه بر محدودیت‌های RIP طراحی شده است. این پروتکل از معیارهای چندگانه مانند پهنای باند، تأخیر، قابلیت اطمینان و بار شبکه برای انتخاب مسیر استفاده می‌کند که دقت بیشتری را در مسیریابی فراهم می‌کند. برخلاف RIP، IGRP محدودیت تعداد هاپ را تا 255 افزایش داده است، که آن را برای شبکه‌های بزرگ‌تر مناسب می‌کند.

یکی از ویژگی‌های کلیدی IGRP استفاده از فاصله‌های مدیریتی (Administrative Distance) برای اولویت‌بندی پروتکل‌ها در صورت وجود چند مسیر برای یک مقصد است. این پروتکل در اواسط دهه 1980 معرفی شد و با وجود بهبودهایی که ارائه داد، با ظهور پروتکل پیشرفته‌تر EIGRP (Enhanced IGRP) از رده خارج شد.

پروتکل IGRP چیست و چه تفاوتی با EIGRP دارد؟ پروتکل مسیریابی سیسکو

پروتکل‌های Link-State

پروتکل‌های Link-State یکی از انواع اصلی پروتکل‌های مسیریابی داخلی (IGP) هستند که بر مبنای ارسال اطلاعات توپولوژی شبکه و محاسبه مسیرها توسط هر روتر به صورت مستقل عمل می‌کنند. این پروتکل‌ها به دلیل دقت بالا، مقیاس‌پذیری و سرعت در واکنش به تغییرات شبکه، برای شبکه‌های بزرگ و پیچیده مناسب هستند.

پروتکل‌های Link-State شاملOSPF  و IS-IS  هستند که در ادامه هر یک توضیح داده می‌شوند.

1. پروتکل‌های Distance-Vector

OSPF یکی از محبوب‌ترین و پرکاربردترین پروتکل‌های مسیریابی Link-State است که در شبکه‌های مدرن استفاده می‌شود. این پروتکل از الگوریتم Dijkstra برای محاسبه کوتاه‌ترین مسیر بین روترها استفاده می‌کند. در OSPF روترها اطلاعات توپولوژی خود را از طریق پیام‌های Link-State Advertisement (LSA) با تمام روترهای دیگر در همان ناحیه (Area) به اشتراک می‌گذارند. این اطلاعات برای ایجاد یک پایگاه داده توپولوژی مشترک در میان تمام روترها استفاده می‌شود.

OSPF از ساختار سلسله‌مراتبی برای بهبود کارایی و کاهش پیچیدگی در شبکه‌های بزرگ استفاده می‌کند. این ساختار شامل تقسیم شبکه به نواحی مختلف و استفاده از یک ناحیه اصلی (Backbone Area) برای اتصال سایر نواحی است.

پروتکل OSPF چیست؟ برسی پروتکل مسیریابی Open Shortest Path First

2. پروتکل IS-IS (Intermediate System to Intermediate System)

IS-IS یکی دیگر از پروتکل‌های مسیریابی Link-State است که در ابتدا برای شبکه‌های مبتنی بر استاندارد OSI طراحی شده بود. با این حال، این پروتکل در شبکه‌های مبتنی بر IP نیز استفاده می‌شود و به خصوص در شبکه‌های بزرگ و زیرساخت‌های ارائه‌دهندگان خدمات اینترنت (ISP) بسیار رایج است.

IS-IS مانند OSPF از الگوریتم Dijkstra برای محاسبه کوتاه‌ترین مسیر استفاده می‌کند و اطلاعات توپولوژی را از طریق پیام‌های Link-State PDU (LSP) منتشر می‌کند. یکی از مزایای IS-IS این است که کاملاً مستقل از IP عمل می‌کند و امکان مدیریت چندین پروتکل لایه شبکه را فراهم می‌کند. علاوه بر این، IS-IS در مقایسه با OSPF به دلیل سادگی در طراحی و نیاز کمتر به منابع پردازشی، در شبکه‌های بسیار بزرگ ترجیح داده می‌شود.

پروتکل IS-IS چیست؟ این پروتکل مسیریابی چه تفاوتی هایی دارد و چگونه کار می کند؟

پروتکل‌های Hybrid

پروتکل‌های هیربد ترکیبی از ویژگی‌های پروتکل‌های Distance-Vector و Link-State هستند و برای بهره‌گیری از مزایای هر دو نوع پروتکل طراحی شده‌اند. این پروتکل‌ها تلاش می‌کنند تا معایب پروتکل‌های Distance-Vector مانند سرعت پایین در واکنش به تغییرات شبکه را کاهش دهند و در عین حال، پیچیدگی و بار پردازشی بالای پروتکل‌های Link-State را نیز کنترل کنند.

1. پروتکل EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol)

EIGRP که توسط شرکت سیسکو توسعه داده شده است، یک پروتکل مسیریابی Hybrid است که عملکردی مشابه پروتکل‌های Distance-Vector دارد اما ویژگی‌های پیشرفته‌ای را برای بهبود کارایی ارائه می‌دهد. EIGRP از یک الگوریتم به نام DUAL (Diffusing Update Algorithm) برای محاسبه مسیرها استفاده می‌کند. این الگوریتم تضمین می‌کند که جدول مسیریابی همیشه دقیق و به‌روز باشد و تغییرات شبکه را به سرعت اعمال می‌کند.

2. پروتکل BGP (Border Gateway Protocol)

BGP که معمولاً به عنوان یک پروتکل مسیریابی خارجی (EGP) شناخته می‌شود، در واقع یک پروتکل Hybrid است زیرا از ویژگی‌های Distance-Vector و برخی قابلیت‌های Link-State استفاده می‌کند. BGP برای مسیریابی بین سیستم‌های خودمختار (AS) طراحی شده و پایه و اساس اینترنت امروزی را تشکیل می‌دهد.

BGP از یک فرآیند به نام Path Vector استفاده می‌کند که در آن هر سیستم خودمختار اطلاعات مسیر را همراه با ویژگی‌های مسیر (Attributes) به همسایگان خود اعلام می‌کند. این ویژگی‌ها به مدیران شبکه امکان می‌دهند تا سیاست‌های مسیریابی سفارشی ایجاد کنند. بر خلاف دیگر پروتکل‌های مسیریابی BGP برای مدیریت توپولوژی‌های پیچیده و کنترل پیشرفته بر جریان ترافیک طراحی شده است و به همین دلیل برای اینترنت و شبکه‌های بزرگ ایده‌آل است.

پروتکل BGP چیست و چرا خیلی مهم است؟ برسی کامل

نحوه انتخاب پروتکل مسیریابی مناسب برای سازمان شما

انتخاب پروتکل مسیریابی مناسب برای شبکه یکی از جنبه‌های حیاتی طراحی شبکه است که باید با توجه به نیازها و ویژگی‌های خاص آن شبکه انجام شود. در اینجا به چندین عامل مهم اشاره می‌کنیم که باید در انتخاب پروتکل مسیریابی در نظر گرفته شوند:

• اندازه و پیچیدگی شبکه

یکی از اولین عواملی که باید در نظر گرفته شود، اندازه و پیچیدگی شبکه است. شبکه‌های کوچک و ساده معمولاً نیازی به پروتکل‌های پیچیده ندارند و پروتکل‌هایی مانند RIP یا IGRP می‌توانند گزینه‌های مناسبی باشند. اما برای شبکه‌های بزرگ و پیچیده‌تر که شامل تعداد زیادی روتر و شبکه‌های مختلف هستند، استفاده از پروتکل‌هایی مانند OSPF یا IS-IS که توانایی مدیریت توپولوژی پیچیده‌تر را دارند، مناسب‌تر است.

• سرعت همگرایی

سرعت همگرایی (Convergence) به زمانی اشاره دارد که روترها بعد از تغییرات در شبکه (مثل خرابی یا اضافه شدن مسیر جدید) به وضعیت جدید مسیریابی می‌رسند. در شبکه‌هایی که نیاز به زمان کم برای بازیابی از تغییرات دارند، پروتکل‌های مانند OSPF و IS-IS که سرعت همگرایی بالاتری دارند، گزینه‌های مناسبی هستند. پروتکل‌های Distance-Vector مانند RIP معمولاً سرعت همگرایی کمتری دارند و ممکن است برای شبکه‌های بزرگ مناسب نباشند.

• استفاده از منابع

پروتکل‌های مسیریابی مختلف از نظر مصرف منابع (مانند حافظه و پهنای باند) متفاوت هستند. به طور معمول، پروتکل‌های Link-State مانند OSPF و IS-IS به دلیل ذخیره‌سازی اطلاعات دقیق‌تر توپولوژی شبکه، منابع بیشتری مصرف می‌کنند. در مقابل، پروتکل‌های Distance-Vector مانند RIP مصرف کمتری از منابع دارند و برای شبکه‌های با منابع محدود مناسب‌تر هستند.

• مقیاس‌پذیری

مقیاس‌پذیری به توانایی یک پروتکل در مدیریت شبکه‌های بزرگ و پیچیده اشاره دارد. پروتکل‌هایی مانند OSPF و BGP از مقیاس‌پذیری بالایی برخوردارند و می‌توانند برای شبکه‌های بسیار بزرگ و همچنین اتصال به شبکه‌های مختلف استفاده شوند. در حالی که پروتکل‌هایی مانند RIP برای شبکه‌های کوچک طراحی شده‌اند و ممکن است در شبکه‌های بزرگ به دلیل محدودیت‌ها در تعداد مسیرها و سرعت همگرایی مشکل‌ساز شوند.

جمع‌بندی…

پروتکل‌های مسیریابی از اجزای حیاتی شبکه‌های کامپیوتری هستند که با هدایت داده‌ها در مسیرهای بهینه، عملکرد شبکه‌ها را بهبود می‌بخشند. این پروتکل‌ها به دو دسته اصلی داخلی (IGP) و خارجی (EGP) تقسیم می‌شوند. در پروتکل‌های IGP سه نوع اصلی شامل Distance-Vector، Link-State و Hybrid وجود دارد که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. پروتکل‌های EGP برای مسیریابی میان شبکه‌های مختلف در اینترنت استفاده می‌شوند. انتخاب پروتکل مناسب بسته به اندازه شبکه، پیچیدگی توپولوژی، سرعت همگرایی و منابع مورد نیاز، برای طراحی یک شبکه بهینه ضروری است.