جدول مسیریابی (routing table) چیست؟

در شبکه‌های کامپیوتری، هر جدول مسیریابی منحصر به فرد است و به عنوان یک نقشه آدرس برای شبکه‌ها عمل می‌کند. جداول مسیریابی، آدرس‌های آی‌پی مبدا و مقصد دستگاه‌های مسیریابی را به همراه آدرس‌های دروازه (Gateway) پیش‌فرض و اطلاعات مسیریابی مربوطه ذخیره می‌کنند.

به طور معمول، جداول مسیریابی به صورت پویا از طریق پروتکل‌های مسیریابی شبکه (network routing protocols) به روز می‌شوند، اما گاهی اوقات مدیران شبکه ممکن است ورودی‌های ثابت را به صورت دستی اضافه کنند.

جدول مسیریابی چگونه کار می‌کند؟

هدف اصلی جدول مسیریابی کمک به روترها برای تصمیم‌گیری موثر در مسیریابی است. هر زمان که بسته‌ای از طریق روتر ارسال می‌شود تا به یک میزبان در شبکه دیگری ارسال شود، روتر با جدول مسیریابی برای یافتن آدرس آی‌پی دستگاه مقصد و یافتن بهترین مسیر برای رسیدن به مقصد، رایزنی می‌کند. سپس، بسته به روتر همسایه یا هاپ بعدی فهرست شده در جدول هدایت می‌کند تا زمانی که به مقصد نهایی خود برسد.

برای مدیریت ترافیک شبکه (network traffic)، یک روتر در هر ثانیه میلیون‌ها بار از جداول مسیریابی خود استفاده می‌کند.

ورودی‌های جدول مسیریابی

هر جدول مسیریابی ممکن است شامل ورودی‌ها و اطلاعات مختلفی باشد، مانند کلاس‌های آدرس IPv4 یا IPv6، اما فیلدهای اولیه همه جداول مسیریابی ثابت هستند. از ورودی‌های اصلی جدول مسیریابی به موارد زیر باید اشاره کرد:

• مقصد (Destination): آدرس آی‌پی مقصد نهایی بسته است.
• ماسک زیرشبکه (Subnet mask):  به عنوان netmask نیز شناخته می‌شود و یک آدرس شبکه 32 بیتی است که مشخص می‌کند یک میزبان متعلق به شبکه محلی یا راه دور است. برای افزایش کارایی مسیریابی و کاهش اندازه دامنه پخشی، مدیران می‌توانند یک ماسک زیر شبکه سفارشی را از طریق فرآیند زیرشبکه اعمال کنند که می‌تواند یک شبکه را به دو یا چند شبکه‌ متصل کوچک‌تر تقسیم کنند.
• دروازه (Gateway). هاپ بعدی یا آدرس آی‌پی دستگاه همسایه است که بسته برای آن ارسال می‌شود.
• رابط (Interface): روترها معمولا از رابط‌های اترنت برای اتصال به دستگاه‌های دیگر در همان شبکه مانند eth0 یا eth1 و از رابط‌های سریال برای اتصال به شبکه‌های گسترده (WAN) استفاده می‌کنند. جدول مسیریابی، رابط شبکه ورودی را که به عنوان رابط خروجی نیز شناخته می‌شود، فهرست می‌کند که دستگاه باید هنگام ارسال بسته به هاپ بعدی از آن استفاده کند.
• متریک (Metric): این ورودی یک مقدار به هر مسیر موجود به یک شبکه خاص اختصاص می‌دهد. این مقدار تضمین می‌کند که روتر می‌تواند مؤثرترین مسیر را انتخاب کند. در برخی موارد، متریک تعداد روترهایی است که یک بسته داده باید قبل از رسیدن به آدرس مقصد از آن‌ها عبور کند. اگر چند مسیر به یک شبکه مقصد وجود داشته باشد، مسیر با کمترین متریک به عنوان اولویت در نظر گرفته می‌شود.
• مسیرها (Routes): شامل زیرشبکه‌های متصل مستقیم و زیرشبکه‌های غیرمستقیم که به دستگاه متصل نیستند، اما می‌توان از طریق یک یا چند هاپ به آن‌ها دسترسی داشت و مسیرهای پیش‌فرض برای هدایت ترافیک‌های خاص هستند.

مسیریابی شبکه چگونه کار می کند؟

یک بسته شبکه برای رسیدن به مقصد باید مسیرهای مختلفی را طی کند. برای درک ارتباط بین مسیریابی و جدول مسیریابی باید مراحلی که در حین انتقال بسته‌های داده‌ای پشت سرگذاشته می‌شود را بررسی کنیم. این مراحل به شرح زیر هستند:

• کامپیوتر بسته‌ای را به روتر می‌فرستد که آدرسی مشابه آدرس یک بسته پستی دارد. یک دستگاه فرستنده مثل کامپیوترها، آدرس‌های آی‌پی را به بسته‌های داده متصل می‌کنند و آن‌ها را در اختیار روتر قرار می‌دهند. این تکنیک به روتر کمک می‌کند تا بهترین مسیرها را برای انتقال بسته‌ها به مقصد تعیین کند. یک کامپیوتر معمولا برای ارسال بسته‌ها به یک شبکه محلی (LAN) متصل می‌شود در حالی که یک روتر می‌تواند بسته‌ها را بین شبکه‌های LAN و WAN مختلف ارسال کند.
• روتر بسته را دریافت می‌کند. هنگامی که روتر بسته را دریافت کرد، آن را با جداول مسیریابی داخلی خود تجزیه و تحلیل می‌کند تا کارآمدترین مسیر برای ارسال بسته را تعیین کند. هدف روتر ارسال بسته به نزدیک‌ترین مسیریاب در نزدیکی مقصد نهایی است.
• روتر بسته‌ها را مسیریابی می‌کند. به طور معمول، دور از انتظار است که روتر اولیه بسته را به شکل مستقیم به مقصد تحویل دهد. بنابراین، به جدول مسیریابی نگاه می‌کند تا بسته را به هاپ بعدی هدایت کند. جدول مسیریابی با ارائه موثرترین مسیر به روتر، تعداد هاپ‌ها را در کمترین میزان ممکن نگه می‌دارد. تعداد هاپ‌های نهایی به تعداد دفعاتی اشاره دارد که یک بسته از یک روتر به مسیریاب دیگر می‌رود تا به مقصد برسد.
• روند فوق تکرار می‌شود. در هاپ بعدی، روتر دیگری کنترل جریان را بر عهده می‌گیرد و همان فرآیند تعیین محل ارسال بسته را با نگاه کردن به جداول مسیریابی داخلی خود تکرار می‌کند. این فرآیند چندین بار قبل از این‌که بسته به مقصد برسد تکرار می‌شود. فرآیند مسیریابی ممکن است طولانی به نظر برسد، اما به دلیل پروتکل‌های مسیریابی پیشرفته، این فرآیند به سرعت انجام می‌شود.
• بسته به مقصد می‌رسد. هنگامی که یک بسته به روتر نهایی رسید که در همان شبکه آدرس آی‌پی مقصد قرار دارد، به شکل مستقیم به دستگاه یا سروری که برای آن در نظر گرفته شده بود هدایت می‌شود.

انواع مسیریابی، مسیریابی ایستا (ثابت) در مقابل مسیریابی پویا

مسیریابی فرآیند انتخاب ایده‌آل ترین مسیر برای یک شبکه است و روترها از اطلاعات وارد شده در جدول مسیریابی برای تعیین بهترین مسیر استفاده می‌کنند. به طور کلی، دو روش برای ساخت و نگهداری جدول مسیریابی وجود دارد که مسیریابی ایستا (static routing) و مسیریابی پویا (dynamic routing) نام دارد.

مزایا و معایب مسیریابی ایستا

• یک مدیر شبکه قادر است به صورت دستی ورودی‌های جدول مسیریابی ایستا را ایجاد، مدیریت و به‌روزرسانی کند.
• ورودی‌های دستگاه‌های شبکه ایستا تغییر نمی‌کنند مگر اینکه سرپرست شبکه به صورت دستی آن‌ها را تغییر دهد.
• مسیرهای ایستا سطح قابل قبولی از کنترل بر مسیریابی را ارائه می‌کنند، زیرا هر مسیر به صورت دستی برای اتصال کامل پیکربندی شده است.
• برای شبکه‌های بزرگ، افزودن یک ورودی دستی برای هر مسیر عملا غیرممکن است.
• مسیریابی ایستا باعث صرفه‌جویی در پهنای باند و سربار می‌شود، زیرا روترها مسیرهای ثابت را به اشتراک نمی‌گذارند.
• مسیریابی ایستا تحمل خطا (fault tolerant) ندارد. هرگونه تغییر در زیرساخت شبکه، مانند افزودن یک شبکه جدید یا قطع شدن پیوند، به طور خودکار به‌روز نمی‌شود و نیاز به ویرایش دستی دارد. در نتیجه، در این مدت کلاینت‌ها قادر به ارسال و دریافت بسته‌ها نخواهند بود.
• در محیط ایستا، اگر لینکی در دسترس نباشد، روترها گزینه‌ای برای تغییر خودکار به مسیر بهتر ندارند.
• مسیرهای ایستا همیشه دارای فاصله مدیریتی AD برابر 1 هستند که به مسیرهای پویا ترجیح داده می‌شود، مگر این‌که AD تغییر کند. نکته‌ای که باید در این بخش به آن اشاره داشته باشیم این است که اگر یک AD اصلاح شود به عنوان یک مسیر ایستا شناور شناخته می‌شود.

مزایا و معایب مسیریابی پویا

• در مسیریابی پویا، دستگاه‌ها به طور خودکار جداول مسیریابی خود را با استفاده از پروتکل‌های مسیریابی برای تبادل اطلاعات در مورد توپولوژی شبکه پیرامون خود و به‌روزرسانی می‌کنند. نمونه‌هایی از پروتکل‌های مسیریابی شامل پروتکل اطلاعات مسیریابی (Routing Information Protocol)، پروتکل مسیریابی دروازه داخلی پیشرفته (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol) و ابتدا کوتاه‌ترین مسیر را باز کن (Open Shortest Path First) هستند.
• جداول مسیریابی پویا به دستگاه‌ها اجازه می‌دهد به فعالیت‌های شبکه گوش دهند و به رخدادهایی مثل خرابی دستگاه و ازدحام شبکه پاسخ دهند.
• مسیریابی پویا پهنای باند و سربار بیشتری مصرف می‌کند، زیرا روترها مسیرهای پویا را با یکدیگر به اشتراک می‌گذارند.
• اگر تغییری در زیرساخت مسیریابی ایجاد شود، روتر می‌تواند به صورت پویا مسیر بهتری را انتخاب کند.
• پیکربندی مسیریابی پویا در شبکه‌های بزرگتر آسان‌تر و ساده‌تر است.
• مسیریابی پویا به روترها اجازه می‌دهد تا تعادل بین چندین لینک را برقرار کنند.
• پروتکل‌های مسیریابی -- نه مدیر شبکه -- بهترین مسیرها را برای رسیدن به مقصد انتخاب می‌کنند.