فرایند مسیر یابی

فرایند مسیریابی یا Routing به فرایند پیدا کردن مسیر مناسب و انتقال اطلاعات از مبدأ به مقصد در یک شبکه گفته می‌شود. این فرایند به‌ویژه در شبکه‌های پیچیده‌ای مانند اینترنت اهمیت بسیاری دارد، زیرا اطلاعات باید از طریق چندین مسیر و گره (Nodes) عبور کند تا به مقصد برسد. Router با استفاده از پروتکل و الگوریتم‌های ویژه و یا به صورت دستی، مسیر مناسب برای انتقال داده‌ها را تعیین می‌کند. این فرآیند می‌تواند به دو روش اصلی مسیریابی ایستا (Static Routing) و مسیریابی پویا (Dynamic Routing) انجام می‌شود.

اجزای اصلی Routing:

• روتر (Router): دستگاهی که وظیفه مدیریت و هدایت بسته‌های داده را بین شبکه‌ها بر عهده دارد.
• جدول مسیریابی (Routing Table): جدولی که اطلاعات مربوط به مسیرهای موجود و بهترین مسیر برای رسیدن به مقصد را ذخیره می‌کند.
• پروتکل‌های مسیریابی (Routing Protocols): مجموعه‌ای از قوانین و الگوریتم‌ها که برای تبادل اطلاعات مسیریابی بین روترها و تعیین بهترین مسیر استفاده می‌شوند.

انواع مسیریابی در شبکه

مسیریابی فرآیندی است که شبکه‌های غیر مجاور به Router را شناسایی می‌کند و اطلاعات مسیر را در جدول مسیریابی (Routing Table) ذخیره می‌کند. این جدول شامل اطلاعاتی درباره مسیرهای موجود و آدرس‌های مقصد است. روترها از این اطلاعات برای هدایت بسته‌های داده به مقصد نهایی استفاده می‌کنند و همانطور که در بالا اشاره کردیم این فرآیند می‌تواند به دو روش اصلی مسیریابی ایستا (Static Routing) و مسیریابی پویا (Dynamic Routing) انجام می‌شود. که در ادامه به معرفی آن‌ها می‌پردازیم.

1. Static routing (مسیریابی ایستا)

در روش static routing مسیرها به صورت دستی توسط مدیر شبکه تعریف و پیکربندی می‌شوند. مسیریابی ایستا مناسب شبکه‌های کوچک با توپولوژی ثابت است، زیرا تغییرات در مسیرها نیازمند دخالت انسانی و به‌روزرسانی دستی جدول‌های مسیریابی است. این روش ساده و کم‌هزینه است اما انعطاف‌پذیری پایینی دارد و برای شبکه‌های بزرگ یا پویا مناسب نیست. نکته قابل توجه در static router در این است که مسیرها با تغییر شبکه تغییر نمی‌کند فقط در صورتی تغییر اتفاق می‌افتد که مدیر شبکه آن را تغییر دهد.

ویژگی‌های static routing

• مسیرها به صورت دستی توسط مدیر شبکه تعریف و پیکربندی می‌شوند. این فرآیند نیازمند دانش دقیق از توپولوژی شبکه است.
• مدیر شبکه کنترل کامل بر مسیرهای داده دارد چرا که تمامی تصمیمات مربوط به مسیریابی به صورت دستی تنظیم می‌شود.
• برخلاف Dynamic Routing، در Static Routing نیازی به استفاده از پروتکل‌های مسیریابی مانند OSPF یا RIP وجود ندارد، زیرا مسیرها ثابت هستند و به صورت دستی تنظیم می‌شوند.
• اغلب در شبکه‌های کوچک یا شبکه‌هایی با توپولوژی ساده استفاده می‌شود، جایی که تعداد مسیرها محدود است و تغییرات توپولوژی به ندرت رخ می‌دهد.
• امنیت شبکه افزایش می‌یابد چرا که مسیرها به صورت دستی اضافه می شوند.
• Static Routing منابع کمتری از CPU و RAM روتر مصرف می‌کند.

 معایب static routing

• مدیر شبکه می بایست شبکه‌های پیوسته به یکدیگر را به خوبی بشناسد و اطلاع داشته باشد که مقصد هر یک از شبکه‌ها کجا می‌باشد.
• در شبکه‌های بزرگ با تعداد زیادی روتر و مسیر، مدیریت Static Routing می‌تواند بسیار پیچیده و زمان‌بر شود.
• به صورت پیش‌فرض از Load Balancing (توزیع بار) پشتیبانی نمی‌کند، مگر اینکه به صورت دستی مسیرهای متقارن تنظیم شوند.
• در شبکه های بزرگ static routing قابل مدیریت نیست. 
•  اگر توپولوژی شبکه تغییر کند (مثلاً یک لینک قطع شود)، مسیرها به صورت خودکار به‌روزرسانی نمی‌شوند و نیاز به مداخله دستی دارند.

2. Default routing

زمانی که در جدول مسیریابی، مسیری معین برای مقصد اطلاعات و داده‌ها ثبت نشده باشد روتر آن بسته و یا اطلاعات را به default route منتقل می‌کند؛ و در مسیر دیفالت routerها به شکلی پیکربندی می‌کند که همه‌ی اطلاعات و داده‌ها تنها روی یک Router ارسال شوند. Default routing اغلب برای شبکه‌هایی که فقط یک نقطه ورودی و خروجی دارند و شبکه‌ای کوچک هستند بسیار مناسب می‌باشند. مسیریابی پیش فرض به طور معمول در کنار مسیریابی static و dynamic مورد استفاده قرار می‌گیرند.

یکی از تفاوت‌های مسیر static و default در این است که default routing بسته‌های اطلاعاتی را که به مقصدهای ناشناس ارسال می‌شوند را به آدرس یک router مشخص انتقال می‌دهد. مسیرهای پیش فرض برای شبکه‌هایی که با یک نقطه خروج سر و کار دارند و همچنین زمانی که بخواهیم به صورت گروهی شبکه‌های مقصد را به سمت router واحدی مسیریابی کنیم که hop بعدی است این مسیریابی بسیار مناسب می‌باشد. دقت کنید زمانی که مسیر default را اضافه می‌کنید باید اطمینان حاصل کنید که روتر hop بعدی می‌تواند مسیر بسته اطلاعات را پی بگیرد چرا که در غیر این صورت روتر hop بعدی بسته اطلاعات را دور می‌اندازد.

نکته‌ی دیگر در مسیر یابی پیش فرض این است که اگر جدول مسیر یابی، مسیر معینی به طرف مقصد وجود داشته باشد router از آن مسیر استفاده می‌کند و فقط زمانی از default roting استفاده می‌کند که هیچ مسیر معینی به سمت مقصد موجود نباشد.

3. Dynamic routing

در این روش، روترها از پروتکل‌های مسیریابی برای تبادل اطلاعات و به‌روزرسانی خودکار جدول‌های مسیریابی استفاده می‌کنند. پروتکل‌های مسیریابی مانند RIP (Routing Information Protocol)، OSPF (Open Shortest Path First) و BGP (Border Gateway Protocol) به روترها کمک می‌کنند تا مسیرهای بهینه را به‌صورت خودکار و باتوجه به شرایط شبکه پیدا کنند. این روش انعطاف‌پذیری بالایی دارد و مناسب شبکه‌های بزرگ و پیچیده است.

Dynamic routing به این صورت است که  routing table در شبکه با استفاده از پروتکل ها ایجاد می شود و استفاده از این پروتکل ها مسیریابی آسان تر و راحت تر از مسیریابی static و default می باشد؛ اما این نکته را فراموش نکنید که این مسیر مصرف cpu و پهنای باند بیشتری نسبت به دو مسیر دیگر دارد و همچنین پر هزینه می‌باشد. هر کدام از پروتکل‌های مسیریابی برای ارتباطات بین روترها و بهترین مسیر قوانین ویژه و خاص خود را دارد.

ویژگی‌های مهم فرآیند مسیریابی:

• انتخاب مسیر بهینه: الگوریتم‌های مسیریابی براساس معیارهایی مانند تعداد گره‌ها (Hop Count)، پهنای باند، تأخیر و هزینه، بهترین مسیر را انتخاب می‌کنند.
• تاب‌آوری (Resilience): مسیریابی پویا می‌تواند در صورت خرابی مسیر یا گره، به‌صورت خودکار مسیر جایگزین را پیدا کند.
• کارایی (Efficiency): روترها تلاش می‌کنند تا ترافیک شبکه به‌صورت متوازن توزیع شود و از ازدحام جلوگیری شود.