قبل از این مقاله بهتره “پیکربندی پایه روتر در سیسکو” رو مطالعه کنید، امروز به بررسی دو عملکرد اصلی روتر می‌پردازیم، تعیین مسیر (Path Determination) و ارسال بسته‌ها (Packet Forwarding). روترها از جداول مسیریابی (Routing Tables) برای تعیین بهترین مسیر استفاده می‌کنند. یک روتر ممکن است از مسیر متصل مستقیم (Directly Connected Route)، مسیری به شبکه‌ای راه دور (Remote Network Route) یا یک مسیر پیش‌فرض (Default Route) استفاده کند. در این بخش، ساختار جدول مسیریابی و ورودی‌های آن را بررسی خواهیم کرد.
دو عملکرد روتر
هنگامی که روتر یک بسته IP را از یک اینترفیس (Interface) دریافت می‌کند، تعیین می‌کند که از کدام اینترفیس برای ارسال بسته به مقصد استفاده کند. عملکردهای اصلی یک روتر شامل موارد زیر است:
- تعیین بهترین مسیر برای ارسال بسته‌ها بر اساس اطلاعات موجود در جدول مسیریابی
- ارسال بسته‌ها به سمت مقصدشان
بیشترین تطابق (Longest Match) تعیین‌کننده بهترین مسیر
بهترین مسیر در جدول مسیریابی به عنوان Longest Match نیز شناخته می‌شود.
روتر از فرآیند Longest Match برای پیدا کردن تطابق بین آدرس IP مقصد بسته و یک ورودی در جدول مسیریابی استفاده می‌کند.
طول پیشوند (Prefix Length) در جدول مسیریابی تعیین می‌کند که حداقل چه تعداد بیت از سمت چپ باید مطابقت داشته باشند. Longest Match مسیری در جدول مسیریابی است که بیشترین تعداد بیت‌های سمت چپ مطابق با آدرس مقصد بسته را دارد. مسیری که بیشترین تعداد بیت‌های چپ معادل (Equivalent Left-Bits) را داشته باشد، به عنوان مسیر ارجح (Preferred Route) انتخاب می‌شود.
در جدول زیر، یک بسته IPv4 با آدرس مقصد 172.16.0.10 را در نظر بگیرید. این روتر دارای سه مسیر در جدول مسیریابی خود برای این بسته است:
172.16.0.0/12, 172.16.0.0/18, و 172.16.0.0/26
از بین این سه مسیر، 172.16.0.0/26 بیشترین تطابق را دارد و برای ارسال بسته انتخاب خواهد شد.
مثال تطابق طولانی‌ترین مسیر آدرس IPv4
| آدرس مقصد IPv4 | آدرس در قالب باینری |
|---|---|
| 172.16.0.10 | 10101100.00010000.00000000.00001010 |
| ورودی مسیر | طول پیشوند (Prefix Length) | آدرس در قالب باینری |
|---|---|---|
| 1 | 172.16.0.0/12 | 10101100.0001—-.——–.——– |
| 2 | 172.16.0.0/18 | 10101100.00010000.00—–.——– |
| 3 | 172.16.0.0/26 | 10101100.00010000.00000000.00—— |
مسیریابی در IPv6 و مثال تطابق طولانی‌ترین مسیر
یک بسته IPv6 با آدرس مقصد 2001:db8:c000::99 را در نظر بگیرید. این مثال سه ورودی جدول مسیریابی را نشان می‌دهد، اما تنها دو مورد از آن‌ها تطابق دارند و یکی از آن‌ها بیشترین تطابق را دارد.
دو ورودی اول دارای طول پیشوندی هستند که حداقل تعداد بیت‌های مورد نیاز برای تطابق را فراهم می‌کند. اما ورودی سوم یک تطابق محسوب نمی‌شود زیرا طول پیشوند /64 نیاز به تطابق 64 بیت دارد، در حالی که آدرس 2001:db8:c000:5555::/64 فقط 48 بیت از مقصد را پوشش می‌دهد. در نتیجه، این ورودی به عنوان یک تطابق در نظر گرفته نمی‌شود.
مثال تطابق طولانی‌ترین مسیر آدرس IPv6
| ورودی مسیر | طول پیشوند (Prefix Length) | آیا تطابق دارد؟ |
|---|---|---|
| 1 | 2001:db8:c000::/40 | تطابق 40 بیت |
| 2 | 2001:db8:c000::/48 | تطابق 48 بیت (بیشترین تطابق) |
| 3 | 2001:db8:c000:5555::/64 | تطابق 64 بیت ندارد |
سه تصمیم ارسال بسته (Packet Forwarding Decisions)
پس از تعیین بهترین مسیر بر اساس Longest Match در جدول مسیریابی، روتر می‌تواند یکی از سه کار زیر را انجام دهد:
- ارسال بسته به یک دستگاه در شبکه‌ی متصل مستقیم (Directly Connected Network)
- ارسال بسته به یک روتر بعدی (Next-Hop Router)
- رد کردن بسته (Drop the Packet) در صورتی که هیچ مسیری در جدول مسیریابی وجود نداشته باشد
هدف اصلی عملکرد ارسال بسته (Packet Forwarding) این است که بسته‌ها را در قالب مناسب فریم لایه دیتا لینک (Data Link Frame) برای اینترفیس خروجی قرار دهد. به عنوان مثال، فرمت فریم لینک داده می‌تواند PPP (Point-to-Point Protocol)، HDLC (High-Level Data Link Control Protocol) یا سایر پروتکل‌های لایه 2 باشد.
اجزای جدول مسیریابی (Components of the Routing Table)
یک روتر آدرس IP مقصد یک بسته را بررسی کرده و در جدول مسیریابی (Routing Table) جستجو می‌کند تا تعیین کند که بسته باید به کجا ارسال شود. جدول مسیریابی شامل لیستی از تمامی آدرس‌های شناخته‌شده شبکه (Prefix) و مسیر ارسال بسته است.
این ورودی‌ها به‌عنوان Route Entries یا Routes شناخته می‌شوند.
روتر بسته را با استفاده از بهترین (طولانی‌ترین) تطابق مسیریابی ارسال می‌کند.
سه نوع ورودی در جدول مسیریابی
جدول مسیریابی شامل سه نوع ورودی مسیر (Route Entry) است:
- شبکه‌های متصل مستقیم (Directly Connected Networks): این ورودی‌های مسیریابی مربوط به رابط‌های فعال (Active Router Interfaces) روتر هستند.
در شکل 17-1، شبکه‌های متصل مستقیم در جدول مسیریابی IPv4 روتر R1 عبارت‌اند از:
10.0.1.0/24، 10.0.2.0/24، و 10.0.3.0/24. - شبکه‌های راه دور (Remote Networks): این ورودی‌ها به سایر روترها متصل هستند.
روترها از طریق پیکربندی دستی (Manual Configuration) توسط مدیر شبکه یا تبادل اطلاعات مسیر از طریق یک پروتکل مسیریابی پویا (Dynamic Routing Protocol) درباره شبکه‌های راه دور اطلاعات کسب می‌کنند.
در شکل زیر، شبکه‌های راه دور در جدول مسیریابی IPv4 روتر R1 شامل 10.0.4.0/24 و 10.0.5.0/24 هستند. - مسیر پیش‌فرض (Default Route): مسیر پیش‌فرض زمانی استفاده می‌شود که هیچ تطابق بهتری (طولانی‌تر) در جدول مسیریابی برای آدرس مقصد وجود نداشته باشد.
در شکل زیر، جدول مسیریابی IPv4 روتر R1 یک مسیر پیش‌فرض برای ارسال تمامی بسته‌های مربوط به شبکه‌های راه دوری که مسیر صریح‌تری برای آن‌ها وجود ندارد به روتر R2 دارد.
توپولوژی انواع مسیر (Topology for Route Types)
در شکل بالا، روترهای R1 و R2 از OSPF برای انتشار (Advertise) شبکه‌های متصل مستقیم استفاده می‌کنند.
روتر R2 به اینترنت متصل است. مدیر شبکه یک مسیر پیش‌فرض روی R2 پیکربندی کرده و آن را از طریق OSPF به R1 منتشر کرده است.
روتر R1 از این مسیر پیش‌فرض منتشرشده (O*E2) برای ارسال بسته‌ها به R2 استفاده می‌کند در صورتی که مسیر خاص‌تری برای آدرس مقصد در جدول مسیریابی وجود نداشته باشد.
جدول مسیریابی IPv4 برای روتر R1 (IPv4 Routing Table for R1)
دستور نمایش جدول مسیریابی
R1# show ip route
کدهای متداول در جدول مسیریابی
| کد | توضیح |
|---|---|
| L | آدرس IP رابط داخلی متصل مستقیم |
| C | شبکه متصل مستقیم |
| S | مسیر استاتیک که توسط مدیر شبکه پیکربندی شده است |
| O | مسیر یادگیری‌شده از OSPF |
| D | مسیر یادگیری‌شده از EIGRP |
برای شبکه‌های متصل مستقیم، روتر R1 سه ورودی مسیر با کدهای C و L دارد.
- C نشان‌دهنده شبکه متصل‌شده
- L نشان‌دهنده آدرس IP اینترفیس محلی روتر
این ورودی‌های مسیر، اینترفیس خروجی برای رسیدن به شبکه را نیز مشخص می‌کنند.
روترهای R1 و R2 از پروتکل مسیریابی پویا OSPF برای تبادل اطلاعات مسیریابی استفاده می‌کنند.
در نتیجه، R1 دارای ورودی‌های مسیریابی با کد O برای شبکه‌های 10.0.4.0/24 و 10.0.5.0/24 است.
مسیر پیش‌فرض (Default Route)
یک مسیر پیش‌فرض دارای آدرس شبکه‌ای از تمام صفرها است.
در IPv4، این آدرس 0.0.0.0 است.
به‌جای پیکربندی استاتیک، مسیر پیش‌فرض در R1 از طریق OSPF یاد گرفته شده است و با کد O*E2 در IPv4 و OE2 در IPv6 نمایش داده می‌شود.
- در جدول مسیریابی IPv4، علامت (*) نشان می‌دهد که این مسیر کاندیدای مسیر پیش‌فرض است.
- در IPv6، E2 نشان می‌دهد که این مسیر، یک مسیر خارجی نوع 2 (External Type 2) در OSPF است.
در این سناریو، مسیر پیش‌فرض به ISP متصل است، همان‌طور که در توپولوژی بالا مشاهده می‌شود.
روتر R2 با یک مسیر پیش‌فرض استاتیک پیکربندی شده است و این مسیر را در OSPF با استفاده از دستور default-information originate منتشر می‌کند.
جدول مسیریابی IPv6 برای روتر R1 (IPv6 Routing Table for R1)
دستور نمایش جدول مسیریابی IPv6
R1# show ipv6 route
کدهای متداول در جدول مسیریابی IPv6
| کد | توضیح |
|---|---|
| C | شبکه متصل مستقیم |
| L | آدرس محلی روتر |
| S | مسیر استاتیک |
| O | مسیر یادگیری‌شده از OSPF |
| OE2 | مسیر OSPF خارجی نوع 2 |
اصول جدول مسیریابی (Routing Table Principles)
جدول زیر سه اصل جدول مسیریابی را توضیح می‌دهد.
این مسائل از طریق پیکربندی صحیح پروتکل‌های مسیریابی پویا (Dynamic Routing Protocols) یا مسیرهای استاتیک (Static Routes) بر روی تمامی روترهای موجود بین مبدا و مقصد مدیریت می‌شوند.
مثال‌های جدول زیر به روترهای R1 و R2 در شکل توپولوژی بالا مربوط می‌شوند.
اصول مسیریابی و مثال‌ها (Routing Principles and Examples)
| اصل جدول مسیریابی | مثال |
|---|---|
| هر روتر تصمیمات خود را به‌طور مستقل و بر اساس اطلاعات موجود در جدول مسیریابی خود اتخاذ می‌کند. | R1 فقط می‌تواند بسته‌ها را بر اساس جدول مسیریابی خود ارسال کند. |
| اطلاعات موجود در جدول مسیریابی یک روتر الزاماً با اطلاعات جدول مسیریابی روتر دیگر مطابقت ندارد. | R1 ممکن است درباره مسیرهای موجود در جدول مسیریابی R2 اطلاعی نداشته باشد. |
| اطلاعات مربوط به یک مسیر لزوماً اطلاعات مربوط به مسیر برگشت را فراهم نمی‌کند. | اگر R1 یک بسته با آدرس مقصد PC1 دریافت کند، ممکن است اطلاعاتی درباره ارسال بسته از PC1 به PC3 نداشته باشد. |
ساختار ورودی جدول مسیریابی (Route Entry Structure)
در شکل بالا، ورودی‌های IPv4 و IPv6 را در جدول مسیریابی R1 برای مسیرهای شبکه‌های 10.0.4.0/24 و 2001:db8:acad:4::/64 نشان می‌دهد. هر دو مسیر از طریق پروتکل مسیریابی پویا OSPF یاد گرفته شده‌اند.
توضیح فیلدهای ورودی جدول مسیریابی
در شکل بالا، اعداد نمایش داده شده اطلاعات زیر را نشان می‌دهند:
- منبع مسیر (Route Source): نشان می‌دهد که این مسیر از کجا یاد گرفته شده است.
- شبکه مقصد (Destination Network – Prefix & Prefix Length): آدرس شبکه مقصد را مشخص می‌کند.
- فاصله مدیریتی (Administrative Distance): نشان‌دهنده میزان اطمینان به منبع مسیر است. مقادیر کمتر، مسیرهای ترجیحی‌تر را نشان می‌دهند.
- متریک (Metric): مقدار متریکی که برای رسیدن به شبکه مقصد اختصاص داده شده است. مقادیر کمتر نشان‌دهنده مسیرهای بهتر هستند.
- هاپ بعدی (Next Hop): آدرس IP روتر بعدی برای ارسال بسته‌ها را نشان می‌دهد.
- مهر زمان مسیر (Route Timestamp): نشان می‌دهد که از زمان یادگیری این مسیر چه مقدار زمان گذشته است.
- اینترفیس خروجی (Exit Interface): اینترفیس خروجی را که برای ارسال بسته‌ها به مقصد نهایی استفاده می‌شود، مشخص می‌کند.
مثال‌های ورودی جدول مسیریابی IPv4 و IPv6 (IPv4 and IPv6 Route Entry Examples)
ورودی جدول مسیریابی IPv4
10.0.4.0/24 [110/50] via 10.0.3.2, 00:13:29, Serial0/1/1
ورودی جدول مسیریابی IPv6
2001:DB8:ACAD:4::/64 [110/50] via FE80::1:2C, Serial0/1/1
