در این مقاله به بررسی مسیریابی در شبکه و فضای آدرس IP خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.
پرچم “Don’t Fragment” در هدر IP چیست؟
فرض کنید عنوان IP همان فرمی است که افراد هنگام ارسال بسته به شخصی پر می‌کنند. این فرم آدرس مبدأ، آدرس مقصد، مدت زمان تحویل بسته و سایر دستورالعمل‌های ویژه برای شخص تحویل دهنده را نشان می‌دهد.
پرچم “Don’t Fragment” یک دستورالعمل ویژه برای روترها است، گزینه‌ای که می‌تواند در “فرم” هدر IP انتخاب شود. هنگامی که پرچم تنظیم می‌شود، بسته پیوست شده نمی‌تواند تکه تکه شود.
هر روتری که بسته را دریافت کند، عنوان را تجزیه و تحلیل کرده و پرچم Don’t Fragment را بررسی می‌کند. اگر پرچم روشن باشد و بسته از MTU بیشتر باشد، روتر به جای تکه تکه کردن آن، آنرا رها می‌کند.
علاوه بر حذف بسته، روتر پیام ICMP را به مبدأ بسته ارسال می‌کند. پیام ICMP بسته داده‌ای بسیار کوچک است که یک به روز رسانی وضعیت ارسال می‌کند. در این حالت، پیام این است: “این روتر یا دستگاه نمی‌تواند این بسته‌ها را تحویل دهد زیرا بسیار بزرگ بوده و نمی‌توانند تکه تکه شوند.”
کشف مسیر MTU چیست؟
کشف مسیر MTU یا PMTUD، فرآیند کشف MTU تمام دستگاه‌ها، روترها و سوئیچ‌های موجود در مسیر شبکه است.بسته به اینکه دستگاه‌های متصل از IPv4 یا IPv6 استفاده می‌کنند PMTU کمی متفاوت عمل می‌کند:
IPv4: IPv4 امکان تکه تکه شدن را فراهم می‌کند و بنابراین پرچم Don’t Fragment را در هدر IP قرار می‌دهد. PMTUD در IPv4 با ارسال بسته‌های آزمایشی در مسیر شبکه با پرچم Don’t Fragment روشن کار می‌کند.
اگر روتر یا دستگاهی در طول مسیر بسته را رها کند، با MTU خود پیام ICMP را می‌فرستد. دستگاه مبدأ MTU خود را پایین آورده و بسته آزمایشی دیگری را ارسال می‌کند. این روند تکرار می‌شود تا زمانی که بسته‌های آزمایشی به اندازه کافی کوچک باشند تا بتوانند کل مسیر شبکه را بدون حذف شدن طی کنند.
IPv6: برای IPv6 که سبب می‌شود تقسیم بندی امکان پذیر نباشد، PMTUD تقریباً به همان روش کار می‌کند. تفاوت اصلی این است که هدرهای IPv6 گزینه Don’t Fragment را ندارند و بنابراین پرچم تنظیم نشده است. روترهایی که از IPv6 پشتیبانی می‌کنند بسته‌های IPv6 را تکه تکه نخواهند کرد، بنابراین اگر بسته‌های آزمایشی از MTU فراتر رود، روترها بسته‌ها را رها می‌کنند و پیام‌های مربوطه ICMP را بدون بررسی پرچم Don’t Fragment ارسال می‌کنند. IPv6 PMTUD بسته‌های کوچک و کوچک‌تر آزمایشی را ارسال می‌کند تا زمانی که بسته‌ها بتوانند کل مسیر شبکه را طی کنند، دقیقاً مانند IPv4.
MSS چیست؟
MSS مخفف حداکثر اندازه قطعه است. MSS توسط TCP در لایه ۴ اینترنت، لایه انتقال، به جای لایه ۳ استفاده می‌شود. MSS فقط به اندازه محموله در هر بسته مربوط می‌شود. با کسر طول هدرهای TCP و IP از MTU محاسبه می‌شود.
در حالی که بسته‌هایی که بیش از MTU یک روتر هستند تکه تکه و یا حذف می‌شوند، بسته‌هایی که بیش از MSS هستند همیشه رها می‌شوند.
بیشتر بخوانید: تفاوت MSS و MTU چیست؟
سیستم خودگردان (ASN) چیست؟
سیستم خودگردان (AS) یک شبکه یا گروه بسیار بزرگ شبکه با یک سیاست مسیریابی شبکه واحد است. به هر AS یک ASN منحصر به فرد اختصاص داده می‌شود که N عددی است که AS را مشخص می‌کند.
اینترنت مجموعه‌ای از شبکه‌ها است (شبکه گروهی از دو یا چند رایانه متصل است) و سیستم‌های خودگردان شبکه‌های بزرگی هستند که اینترنت را تشکیل می‌دهند. به طور دقیق‌تر، سیستم خودگردان (AS) یک شبکه بزرگ یا گروهی از شبکه‌ها است که دارای یک سیاست مسیریابی واحد است. هر رایانه یا دستگاهی که به اینترنت متصل شود به AS متصل است.
AS مانند دفتر پست یک شهر است. نامه تا زمانی که به شهر مقصد نرسد از یک اداره پست به یک اداره پست دیگر می‌رود تا تحویل مقصد شود. به طور مشابه، بسته‌های داده با پرش از AS به AS از اینترنت عبور می‌کنند تا زمانی که به AS ای برسند که حاوی آدرس (IP) مقصد آنها باشد. روترهای موجود در آن AS بسته را به آدرس IP ارسال می‌کنند.
هر AS مجموعه خاصی از آدرس‌های IP را کنترل می‌کند، همان طور که اداره پست هر شهر وظیفه تحویل نامه به تمام آدرس‌های داخل شهر را دارد. دامنه آدرس‌های IP که یک AS خاص بر آنها کنترل دارد را “فضای آدرس IP” آنها می‌نامند.
بیشتر AS ها به چندین AS دیگر متصل می‌شوند. اگر یک AS فقط به یک AS دیگر متصل شود و از همان سیاست مسیریابی برخوردار باشد، در عوض ممکن است یک شبکه فرعی از AS اول در نظر گرفته شود.
به طور معمول، هر AS توسط یک سازمان بزرگ مانند یک سرویس دهنده اینترنت (ISP)، یک شرکت بزرگ فناوری، یک دانشگاه یا یک سازمان دولتی اداره می‌شود.
سیاست مسیریابی AS چیست؟
سیاست مسیریابی AS لیستی از فضای آدرس IP است که AS کنترل می‌کند، به علاوه لیستی از سایر AS هایی که به آنها متصل می‌شود. این اطلاعات برای مسیر یابی بسته‌ها به شبکه‌های صحیح ضروری است. ASes این اطلاعات را با استفاده از Border Gateway Protocol (BGP) به اینترنت اعلام می‌کند.
فضای آدرس IP چیست؟
یک گروه یا دامنه مشخص از آدرس‌های IP “فضای آدرس IP” نامیده می‌شود. هر AS مقدار مشخصی از فضای آدرس IP را کنترل می‌کند. (گروهی از آدرس‌های IP را می‌توان “بلوک” آدرس IP نیز نامید.)
تصور کنید اگر همه شماره تلفن‌های دنیا به ترتیب ذکر شده باشد و به هر شرکت تلفنی محدوده‌ای اختصاص داده شود: تلفن شرکت شماره‌های کنترل شده ۰۰۰-۰۰۰۰ تا ۵۹۹-۹۹۹۹ و تلفن شرکت B شماره‌های کنترل شده ۶۰۰-۰۰۰۰ تا ۹۹۹- ۹۹۹۹٫ اگر آلیس با شماره ۵۵۵-۲۴۲۴ با میشل تماس بگیرد، تماس وی از طریق شرکت تلفنی A به میشل منتقل می‌شود. در صورت تماس تلفنی با جنی با شماره ۵۶۷-۸۶۷، تماس تلفنی وی با شرکت تلفنی B منتقل می‌شود.
این به نوعی نحوه کار فضای آدرس IP است. فرض کنید Acme Co به‌صورت یک AS کار می‌کند و یک محدوده آدرس IP را کنترل می‌کند که شامل آدرس ۱۹۲٫۰٫۲٫۲۵۳ است. اگر رایانه‌ای بسته‌ای را به شماره ۱۹۲٫۰٫۲٫۲۵۳ ارسال کند، سرانجام بسته به AS کنترل شده توسط Acme Co. می‌رسد. اگر این رایانه اول بسته‌هایی را نیز به شماره ۱۹۸٫۵۱٫۱۰۰٫۲۵۵ ارسال کند، بسته‌ها به AS دیگری می‌روند (اگرچه ممکن است در راه از Acme عبور کنند).
پیشوندهای آدرس IP چیست؟
وقتی مهندسان شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند که آدرس‌های IP توسط کدام AS ها کنترل می‌شود، این کار را با صحبت در مورد “پیشوندهای” آدرس IP متعلق به هر AS انجام می‌دهند. پیشوند آدرس IP محدوده‌ای از آدرس‌های IP است. به دلیل نحوه نوشتن آدرس‌های IP، پیشوندهای آدرس IP با این روش بیان می‌شوند: ۱۹۲٫۰٫۲٫۰/۲۴٫ این نشان دهنده آدرس‌های IP 192.0.2.0 تا ۱۹۲٫۰٫۲٫۲۵۵ است، نه ۱۹۲٫۰٫۲٫۰ تا ۱۹۲٫۰٫۲٫۲۴٫
شماره سیستم خودگردان(ASN) چیست؟
به هر AS یک شماره رسمی یا شماره سیستم خودگردان (ASN) اختصاص داده می‌شود، شبیه به این که هر کسب و کار دارای پروانه کسب با یک شماره رسمی و منحصر به فرد است. اما برخلاف مشاغل، اشخاص خارجی غالباً فقط بر اساس شماره‌ها به ASes مراجعه می‌کنند.
اعداد AS یا ASN ها، اعداد ۱۶ بیتی بین ۱ تا ۶۵۵۳۴ یا اعداد ۳۲ بیتی بین ۱۳۱۰۷۲ و ۴۲۹۴۹۶۷۲۹۴ هستند. آنها در این قالب ارائه می‌شوند: AS (عدد). به عنوان مثال، Cloudflare’s ASN AS13335 است. طبق برخی تخمین‌ها، بیش از ۹۰، ۰۰۰ ASN در سراسر جهان استفاده می‌شود.
ASN فقط برای ارتباطات خارجی با روترهای بین شبکه مورد نیاز است (به بخش “BGP چیست؟” در زیر مراجعه کنید). روترهای داخلی و رایانه‌های موجود در AS ممکن است نیازی به دانستن شماره AS نداشته باشند، زیرا آنها فقط با دستگاه‌های موجود در آن AS ارتباط برقرار می‌کنند.
قبل از اینکه دستگاه‌های نظارتی به AS، ASN های خاصی را اختصاص دهند، AS باید شرایط خاصی را کسب کند. باید خط مشی مشخصی برای مسیریابی شبکه داشته باشد، از اندازه مشخصی برخوردار باشد و بیش از یک اتصال به سایر AS ها داشته باشد. مقدار محدودی از ASN در دسترس است و اگر بیش از حد آزاد شود، منبع تغذیه تمام می‌شود و مسیریابی بسیار پیچیده‌تر می‌شود.
BGP چیست؟
ASes سیاست مسیریابی شبکه خود را از طریق پروتکل Border Gateway (BGP) به سایر ASes و روترها اعلام می‌کند. BGP پروتکلی برای مسیریابی بسته‌های داده بین ASes است. بدون این اطلاعات مسیریابی، فعالیت اینترنت در مقیاس وسیع به سرعت غیر عملی می‌شود: بسته‌های داده گم می‌شوند یا رسیدن آنها به مقصد خیلی طولانی می‌شود.
هر AS از BGP برای اعلام اینکه مسئولیت کدام آدرس‌های IP را به عهده دارند و به کدام AS های دیگر متصل می‌شوند استفاده می‌کند. روترهای BGP تمام این اطلاعات را از ASes در سراسر دنیا می‌گیرند و برای تعیین سریع‌ترین مسیرهای AS به AS، آنها را در پایگاه داده‌هایی به نام جداول مسیریابی قرار می‌دهند. هنگامی که بسته‌ها وارد می‌شوند، روترهای BGP به جداول مسیریابی خود مراجعه می‌کنند تا مشخص کنند بسته به کدام AS باید برود.
با تعداد زیادی AS در جهان، روترهای BGP دائما جدول‌های مسیریابی خود را به روز رسانی می‌کنند. با آفلاین شدن شبکه‌ها، شبکه‌های جدید آنلاین می‌شوند و ASes فضای آدرس IP خود را گسترش داده یا محدود می‌کنند، همه این اطلاعات باید از طریق BGP اعلام شود تا روترهای BGP بتوانند جداول مسیریابی خود را تنظیم کنند.
چرا مسیریابی BGP لازم است؟ آیا از IP برای مسیریابی استفاده نمی شود؟
IP یا پروتکل اینترنت، به این دلیل که مشخص می‌کند هر بسته به کدام مقصد می‌رود، در واقع برای مسیریابی استفاده می‌شود. BGP وظیفه هدایت بسته‌ها در سریع‌ترین مسیر به مقصد را دارد. بدون BGP، بسته‌های IP به طور تصادفی از AS به AS به اطراف اینترنت پرش می‌کنند، مانند راننده‌ای که با حدس زدن اینکه کدام جاده را باید انتخاب کند می‌خواهد به مقصد برسد.
سیستم های خودگردان چگونه با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند؟
AS ها از طریق فرایندی به نام peering با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و ترافیک شبکه (بسته‌های داده) را مبادله می‌کنند. یکی از راه‌های همسان سازی ASes با یکدیگر اتصال در مکان‌های فیزیکی به نام نقاط مبادله اینترنت (IXP) است. IXP یک شبکه محلی بزرگ (LAN) با تعداد زیادی روتر، سوئیچ و اتصالات کابل است.