اصول WAN و مسیریابی IP: روترها چگونه شبکه‌های جداگانه را متصل می‌کنند

LAN در مقابل WAN: دو حوزه اساساً متفاوت

سوئیچینگ اترنت که پیش‌تر در این مجموعه بحث شد درون یک LAN (Local Area Network) عمل می‌کند — یک سایت واحد، مانند یک ساختمان یا طبقه اداری، جایی که دستگاه‌ها معمولاً مستقیماً کابل‌کشی‌شده یا به‌طور بی‌سیم به زیرساخت سوئیچینگ مشترک متصل‌اند. یک WAN (Wide Area Network) LAN های جداگانه را در سراسر فاصله‌های بزرگ‌تر به هم متصل می‌کند، معمولاً با استفاده از زیرساخت یک ارائه‌دهنده خدمات به‌جای کابل‌کشی مالکیت-خصوصی.

تمایز کلیدی:
LAN: پهنای باند بالا، تأخیر پایین، زیرساخت
     مالکیت-خصوصی و کنترل‌شده (سوئیچ‌ها، کابل‌کشی)

WAN: پهنای باند نسبتاً پایین‌تر، تأخیر بالاتر،
     اغلب از یک ارائه‌دهنده خدمات اجاره شده
     (خطوط اجاره‌ای، MPLS، VPN های مبتنی‌بر-اینترنت)

روتر دستگاهی است که در مرز بین این شبکه‌ها قرار می‌گیرد، و تصمیم می‌گیرد چگونه ترافیک را از یک شبکه به‌سمت دیگری فوروارد کند — عملکرد بنیادین لایه ۳ که یک سوئیچ لایه ۲ نمی‌تواند انجام دهد.

چرا مسیریابی ضروری است

یک سوئیچ، که پیش‌تر در این مجموعه بحث شد، فریم‌ها را بر اساس آدرس‌های MAC درون یک دامنه پخش واحد فوروارد می‌کند. این رویکرد به کل اینترنت مقیاس نمی‌یابد، جایی که سیلاب‌کردن ترافیک به هر مقصد ممکن به‌طور فاجعه‌باری ناکارآمد خواهد بود. IP Routing (مسیریابی IP) این را با استفاده از آدرس‌دهی سلسله‌مراتبی و منطقی حل می‌کند: یک آدرس IP هم اینکه یک دستگاه به کدام شبکه تعلق دارد و هم کدام دستگاه خاص درون آن شبکه است را کدگذاری می‌کند، که اجازه می‌دهد یک روتر تصمیم فوروارد‌کردن را فقط بر اساس بخش شبکه‌ای آدرس بگیرد، بدون نیاز به دانستن درباره هر دستگاه منفرد.

جدول مسیریابی: ابزار اصلی تصمیم‌گیری یک روتر

هر روتر یک Routing Table (جدول مسیریابی) نگه می‌دارد، لیستی از مقصدهای شبکه شناخته‌شده و گام-بعدی متناظر یا اینترفیس خروجی مورد استفاده برای رسیدن به آن‌ها.

Router# show ip route

Codes: C - connected, S - static, O - OSPF, R - RIP

Gateway of last resort is 203.0.113.1 to network 0.0.0.0

C    192.168.1.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/0
C    192.168.2.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/1
S    10.0.0.0/8 [1/0] via 192.168.2.2
S*   0.0.0.0/0 [1/0] via 203.0.113.1

حرف کد هر ورودی نشان می‌دهد روتر چگونه آن مسیر را یاد گرفته: C برای شبکه‌های مستقیماً متصل (یک اینترفیس با یک آدرس IP پیکربندی‌شده روی آن شبکه)، S برای مسیرهای پیکربندی‌شده ایستا (به‌صورت دستی توسط یک مدیر وارد شده)، و حروفی مانند O یا R برای مسیرهای یادگرفته‌شده به‌طور پویا از طریق پروتکل‌های مسیریابی، که بعداً در این مجموعه به‌طور عمیق پوشش داده می‌شوند.

قانون Longest Prefix Match

وقتی چند ورودی جدول مسیریابی بالقوه می‌توانند با یک آدرس مقصد تطبیق داشته باشند، یک روتر همیشه ورودی با Longest Prefix Match (طولانی‌ترین تطبیق پیشوند) را انتخاب می‌کند — خاص‌ترین مسیر منطبق، که با طولانی‌ترین ماسک زیرشبکه نشان داده می‌شود.

مثال ورودی‌های جدول مسیریابی:
0.0.0.0/0        (مسیر پیش‌فرض — با همه‌چیز تطبیق دارد)
10.0.0.0/8        (با یک بازه بزرگ تطبیق دارد)
10.1.1.0/24       (با یک بازه کوچک‌تر و خاص‌تر تطبیق دارد)

برای یک بسته مقصدش 10.1.1.5، روتر
مسیر 10.1.1.0/24 را انتخاب می‌کند، چون خاص‌ترین
تطبیق است، حتی اگر بسته از نظر فنی همچنین با
ورودی‌های گسترده‌تر 10.0.0.0/8 و 0.0.0.0/0 تطبیق دارد

این قانون بنیادین این است که روترها چگونه به‌طور کارآمد مقیاس می‌یابند: یک روتر می‌تواند یک مسیر پیش‌فرض گسترده واحد برای ترافیک عمومی اینترنت نگه دارد در حالی که مسیرهای خاص را فقط برای سگمنت‌های شبکه‌ای که به کنترل دقیق‌تر روی آن‌ها نیاز دارد نگه می‌دارد.

پیکربندی پایه اینترفیس روتر

Router(config)# interface gigabitethernet 0/0
Router(config-if)# ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
Router(config-if)# no shutdown
Router(config-if)# description LAN Interface
Router(config-if)# exit

Router(config)# interface gigabitethernet 0/1
Router(config-if)# ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
Router(config-if)# no shutdown

برخلاف پورت‌های یک سوئیچ، که معمولاً هیچ پیکربندی IP‌ای برای فوروارد‌کردن ترافیک نیاز ندارند، هر اینترفیس روتر باید یک آدرس IP روی یک شبکه خاص اختصاص یابد پیش از اینکه روتر بتواند ترافیک را به یا از آن شبکه مسیریابی کند — این پیوند ضروری بین اتصالات فیزیکی روتر و ورودی‌های جدول مسیریابی منطقی‌اش است.

پیکربندی یک مسیر ایستا

یک Static Route (مسیر ایستا) یک ورودی جدول مسیریابی پیکربندی‌شده به‌صورت دستی است، که برای شبکه‌های کوچک یا مقصدهای خاصی که پروتکل‌های مسیریابی پویا سربار غیرضروری‌ای می‌بودند مفید است.

Router(config)# ip route 10.0.0.0 255.0.0.0 192.168.2.2
Router(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 203.0.113.1

-- خط دوم یک "مسیر پیش‌فرض" پیکربندی می‌کند،
-- که با هر مقصدی که توسط یک ورودی خاص‌تر
-- پوشش داده نشده تطبیق دارد، که معمولاً
-- برای اشاره به یک ISP یا شبکه بالادستی استفاده می‌شود

مسیرهای ایستا ساده و قابل‌پیش‌بینی هستند، اما به‌طور خودکار اگر توپولوژی شبکه تغییر کند تطبیق نمی‌یابند — اگر آدرس گام-بعدی غیرقابل‌دسترسی شود، مسیر ایستا در جدول باقی می‌ماند و به یک مسیر اکنون-مرده اشاره می‌کند مگر اینکه به‌صورت دستی تصحیح شود، محدودیتی که پروتکل‌های مسیریابی پویا، که بعداً در این مجموعه بحث می‌شوند، به‌طور خاص برای غلبه بر آن طراحی شده‌اند.

تأیید اتصال و مسیر

Router# ping 10.1.1.5
Router# traceroute 10.1.1.5

Type escape sequence to abort.
Tracing the route to 10.1.1.5
  1  192.168.2.2  4 msec  4 msec  4 msec
  2  10.1.1.5     8 msec  8 msec  8 msec

traceroute مسیر واقعی‌ای که یک بسته هاپ‌به‌هاپ طی می‌کند را آشکار می‌کند، و هر روتر در طول مسیر را نشان می‌دهد — یک ابزار ضروری برای تشخیص دقیقاً کجا اتصال از هم می‌پاشد وقتی یک مقصد غیرقابل‌دسترسی است، چون مسئله را به یک سگمنت خاص از مسیر ایزوله می‌کند به‌جای کل اتصال.

چرا درک اصول مسیریابی اهمیت دارد

هر پروتکل مسیریابی و ویژگی مسیریابی پیشرفته‌ای که بعداً در این مجموعه پوشش داده می‌شود — OSPF، EIGRP، BGP، توزیع‌مجدد مسیر — برای حل یک مسئله اصلی به‌طور کارآمدتر وجود دارد: پرکردن خودکار و درست همان جدول مسیریابی‌ای که در این مقاله توصیف شد. درک اینکه یک ورودی جدول مسیریابی واقعاً چه معنایی دارد، اینکه longest prefix match چگونه تعیین می‌کند کدام ورودی استفاده می‌شود، و نحوه خواندن خروجی دستورات تشخیصی پایه، پایه ضروری برای هر موضوع مسیریابی پیشرفته‌تری است که ادامه دارد.