پروتکل دروازه مرزی چیست و چه نقشی در دنیای شبکه‌های کامپیوتری دارد؟

به‌طوری‌که پروتکل مذکور را می‌توان به گونه‌ای پیکربندی کرد که بر اساس خط‌مشی‌های خاصی کار کند. به‌طور مثال، اجتناب از به‌کارگیری یک روتر خاص یا فرمان دادن به گروهی از روتر‌ها برای انتخاب یک مسیر خاص هنگامی که مسیرهای مختلفی در دسترس هستند، از جمله این موارد است. در واقع این قابلیت سازگاری و گسترش‌پذیری است که باعث شده تا پرتکل فوق مورد توجه قرار گیرد. به‌طور معمول، BGP به‌عنوان یک پروتکل مسیریابی پیشرفته مسیر-بردار استفاده می‌شود، زیرا اطلاعات مسیر پویای فراتر از روترهای مجاور و اطلاعاتی در ارتباط با مسیرهای پویایی که ممکن است در آینده استفاده شوند، نگه‌داری می‌کند. با این حال، به دلیل عوامل مختلفی که می‌تواند در هنگام محاسبه بهترین مسیرها در نظر بگیرد، پروتکل BGP به‌عنوان یک پروتکل مسیریابی ترکیبی تعریف می‌شود، زیرا هر دو ویژگی پروتکل‌های مسیریابی فاصله-بردار و حالت-‌پیوند را دارد. این پروتکل در گروه پروتکل‌های EGP سرنام Exterior Gateway Protocol قرار می‌گیرد و در مقیاس کلان (اینترنت) پروتکلی است که مسیریابی میان ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی را مدیریت می‌کند.

سیستم خودمختار شبکه چیست؟

اینترنت مجموعه‌ای متشکل از شبکه‌ها است و سیستم‌های خودمختار شبکه (Autonomous Systems)، شبکه‌های بزرگی هستند که اینترنت را به‌وجود می‌آورند. به بیان دقیق‌تر، باید بگوییم که سامانه‌های خودمختار که به‌اختصار به آن‌ها AS گفته می‌شود، یک شبکه بزرگ یا گروهی از شبکه‌ها هستند که یک خط‌مشی مسیریابی واحد دارند. به‌طور کلی می‌توان گفت هر کامپیوتر یا دستگاهی که به اینترنت متصل می‌شود به عنوان یک AS در نظر گرفته می‌شود. سامانه خودمختار را می‌توان به اداره پست شهری تشبیه کرد. نامه‌ها از یک اداره پست به اداره پست شهر بعدی ارسال می‌شوند تا به مقصد برسند. به این ترتیب می‌توان گفت بسته‌های داده برای عبور از اینترنت از یک AS به AS بعدی منتقل می‌شوند تا به AS دارنده آدرس آی‌پی مقصد برسند. در این میان روترها وظیفه ارسال بسته‌های داده‌ای به آدرس آی‌پی را بر عهده دارند. شایان ذکر است که هر AS مسئول کنترل مجموعه خاصی از آدرس‌های آی‌پی است. به همان ترتیبی که اداره پست هر شهر، مسئولیت تحویل نامه به تمام آدرس‌های شهر خود است. به دامنه و طیف آدرس‌های آی‌پی که تحت کنترل یک AS هستند فضای آدرس آی‌پی (IP Address Space) گفته می‌شود. به‌طور معمول، سامانه‌های خود مختار به سامانه‌های خودمختار دیگر متصل می‌شوند تا شبکه‌ای بزرگ را پدید آورند. چنان‌چه یک سیستم خودمختار، تنها به یک سامانه خودمختار دیگر متصل شود و همان خط‌مشی مسیریابی را به اشتراک بگذارد، به عنوان یک شبکه فرعی و زیرمجموعه اولین سامانه خودمختار در نظر گرفته می‌شود. به طور معمول، هر AS توسط یک سازمان بزرگ مانند ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی (ISP)، یک شرکت بزرگ فناوری، دانشگاه یا سازمان‌های دولتی اداره می‌شود. 

BGP چیست؟

پروتکل دروازه مرزی (BGP) سرنام Border Gateway Protocol یک پروتکل مسیریابی سیستمی خودمختار مستقل است که نقش رابط را برای پروتکل‌های مسیریابی دیگر بازی می‌کند. در این‌جا واژه خودمختار (Autonomous) به شبکه‌ یا گروهی از شبکه‌ها اشاره دارد که از طریق یک مکانیزم مدیریتی مشترک که خط‌مشی‌های مسیریابی مشترکی دارند، مدیریت و کنترل می‌شوند. از BGP برای تبادل اطلاعات مسیریابی در اینترنت نیز استفاده می‌شود و پروتکلی است که ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی از آن استفاده می‌کنند. این پروتکل در تعامل با پروتکل IGP استفاده می‌شود. به‌طور معمول، شبکه‌های مصرف‌کننده، مانند دانشگاه‌ها و شرکت‌های بزرگ برای تبادل اطلاعات مسیریابی درون شبکه‌‌ای از پروتکل مسیریابی داخلی (IGP) سرنام  Interior Gateway Protocol، RIP یا OSPF استفاده می‌کنند، در ادامه ترافیک درون شبکه‌ای را برای شرکت ارائه‌دهنده خدمات اینترنتی ارسال می‌کنند و در انتها ISP برای تبادل ترافیک و مسیریابی درست بسته‌های اطلاعاتی از BGP استفاده می‌کند. از ویژگی‌های اصلی BGP باید به قابلیت گسترش‌پذیری آن اشاره کرد. این پروتکل در مقایسه با پروتکل‌های دیگری مثل OSPF و EIGRP که برای تعداد مشخصی از روترها در یک دامنه در دسترس قرار دارند، این محدودیت را ندارد و برای اتصال شبکه‌های بزرگ به یکدیگر استفاده می‌شود. BGP خود به دو زیرمجموعه نوع داخلی (iBGP) و خارجی (eBGP) تقسیم می‌شود. اگر BGP توسط سیستم‌های خودمختار استفاده شود،BGP خارجی یا به اختصار eBGP خوانده می‌شود. اگر ارائه‌دهنده‌ یک سرویس برای تبادل مسیرها درون یک سیستم خودمختار از BGP استفاده کند، این پروتکل BGP داخلی به اختصار iBGP نامیده می‌شود. علاوه بر این، ارتباط بین روترها در شبکه‌های مختلف از طریق پروتکل iBGP و به‌شکل FullMesh انجام می‌شود، زیرا قاعده پیشگیری از ایجاد حلقه به یک روتر اجازه نمی‌دهد تا مسیرهای دریافت شده از طریق یک iBGP را درون همان iBGP انتشار دهد. BGP یک پروتکل مسیریابی قدرتمند و منعطف است که باعث شده به یکی از پروتکل‌های کلیدی اینترنت تبدیل شود. به‌طوری‌که در جداول Internet BGP Routing بیش از 90.000 مسیر ثبت شده مرتبط با BGP وجود دارد. BGP برای دست‌یابی به گسترش‌پذیری در این سطح از پارامترهای مسیریابی بسیاری که خصلت (Attribute) نامیده می‌شوند، استفاده می‌کند تا خط‌مشی مسیرهایی را تعریف کرده و محیط مسیریابی باثباتی را پدید آورد. علاوه بر این، خصلت‌های BGP مسیریابی بین‌دامنه (Classless) که به اختصار CIDR نامیده می‌شوند را به کار می‌گیرند تا اندازه‌ جداول مسیریابی اینترنتی را کاهش دهند. هنگامی‌که برای اولین بار اتصال TCP بین همسایه‌ها برقرار می‌شود، همسایه‌های BGP اطلاعات کامل مسیریابی را با هم مبادله می‌کنند. هنگامی‌که تغییرات در جدول  مسیریابی شناسایی شوند، روترهای BGP تنها مسیرهایی را به همسایه‌هایشان ارسال می‌کنند که تغییر پیدا‌ کرده‌اند. روترهای BGP به‌روزرسانی‌های مسیریابی را به شکل دوره‌ای ارسال نمی‌کنند و تنها مسیرهایی که تغییر پیدا کرده‌اند را ارسال می‌کنند. 

ویژگی‌های شاخص  BGP

مسیرهایی که از طریق BGP پیدا می‌شوند تشابهات زیادی دارند و همین مسئله باعث می‌شود هنگامی که چند مسیر در دسترس قرار دارند، بهترین گزینه انتخاب شود. به همین دلیل مهم است که سرپرستان شبکه در ارتباط با خصلت‌های BGP شناخت دقیقی داشته باشند تا بهترین الگوی طراحی را به کار گیرند. از ویژگی‌های مطرح این پروتکل به موارد زیر باید اشاره کرد: 

• گسترش‌پذیری: پروتکل‌های زیرمجموعه IGP برای کاربردهای درون سازمانی طراحی شده‌اند و برای شبکه‌های بزرگ مثل اینترنت عملکرد چندان جالبی ندارند، زیرا ممکن است میلیون‌ها یا شاید میلیاردها مسیر برای مسیریابی وجود داشته باشد و پروتکل‌های مذکور قادر به مدیریت همه مسیرها نباشند. BGP پروتکلی است که برای غلبه بر این مشکل طراحی شده و می‌تواند فرایند مسیریابی در ارتباط با این مسیرها را به خوبی انجام دهد. بنابراین هنگامی که تعداد مسیرها زیاد می‌شوند یا قرار است فرایند مسیریابی در مراکز داده را انجام دهیم، بهترین گزینه BGP است. به همین دلیل است که پروتکل BGP محدود به اینترنت نیست و در پروژ‌های شهری یا بین شهری مثل برقراری ارتباط شعب با یکدیگر از آن استفاده می‌شود. 
• سیستم‌های خودمختار مستقل: BGP انعطاف‌پذیری خوبی دارد، به‌طوری‌که امکان استفاده از آن همراه با پروتکل‌های IGP وجود دارد. همان‌گونه که اشاره شد، شما می‌توانید از پروتکل‌های IGP (OSPFE،EIGRP و نمونه‌های مشابه) در مراکز داخلی و از BGP در مقیاس شهری یا کشوری جهت مسیریابی استفاده کنید. 
• مسیریابی بر مبنای خط‌مشی‌های تعریفی: سرپرستان شبکه می‌توانند به جای تنظیمات پیش‌فرض از خط‌مشی‌های مدنظر خود برای مسیریابی استفاده کنند. رویکرد فوق تاثیر مستقیمی در کاهش هزینه‌ها دارد، به ویژه هنگامی‌که قرار است ارزان‌ترین و کوتاه‌ترین مسیر انتخاب شود. 
• وزن  (Weight): وزن مشخصه‌ منحصر‌به‌فرد روترها است. به این معنا که هر روتر وزن خاص خود را دارد. اگر روتری مسیرهای مختلفی برای یک مسیر در اختیار داشته باشد، مسیری را انتخاب می‌کند که بالاترین وزن را دارد؛ به‌طور مثال، در شکل1 وزن اختصاص داده شده به دو مسیر به شبکه 172.16.1.0 را برای روترهای B و C مشاهده می‌کنید. وقتی که روتر A اطلاعات را از روتر B دریافت می‌کند، وزن مربوطه 50 تنظیم می‌شود. وقتی که روتر A اطلاعات را از روتر C دریافت می‌کند، وزن مربوطه 100 تنظیم می‌شود. هر دو مسیر برای شبکه 172.16.1.0 وزن‌های خاص خود را دارند که درون جدول BGP Routing ثبت می‌شوند. در ادامه مسیری که بالاترین وزن در جدول IP Routing  دارد انتخاب می‌شود. 

شکل 1

• اولویت محلی (Local Preference): خصلت اولویت‌بندی محلی برای انتخاب نقطه‌ خروج از سیستم خودمختار محلی (Local AS) استفاده می‌شود. برخلاف مشخصه وزن، مشخصه Local Preference در سیستم خودمختار محلی منحصر‌به‌فرد نیست و به شکل توزیع شده در دسترس قرار دارد. اگر چند نقطه‌ خروج از  سیستم خودمختار وجود داشته باشد، مشخصه Local Preference برای انتخاب نقطه‌ خروج یک مسیر مشخص را مشخص می‌کند. در شکل2، AS 100  دو مسیر برای شبکه 172.16.1.0 از AS 200 دریافت می‌کند. وقتی که روتر A اطلاعات را برای شبکه‌ 172.16.1.0 دریافت می‌کند، Local Preference  مربوطه را به مقدار 50 تنظیم می‌کند. وقتی که روتر B اطلاعات را برای شبکه‌ 172.16.1.0 دریافت می‌کند، Local Preference  مربوطه را به مقدار 100 تنظیم می‌کند. در ادامه این اطلاعات به عنوان بخشی از خصلت‌های BGP میان روترهای A و B به‌اشتراک گذاشته می‌شود. از آن‌جایی‌که روتر B ارجحیت بالاتری نسبت به روتر A دارد، روتر B  به عنوان نقطه‌ خروج از AS 100 برای رسیدن به شبکه 172.16.1.0 در AS 200  استفاده می‌شود. 

شکل 2

• متمایز‌کننده چند خروجی (Multi-Exit Discriminator): متمایز‌کننده چند خروجی (MED) که برخی منابع از واژه متریک (Metric) برای توصیف آن استفاده می‌کنند برای انتخاب بهترین مسیر برای سامانه خودمختار خارجی استفاده می‌شود. در شکل3 مشخصه متمایزکننده چند خروجی روتر C مسیر منتهی به آدرس 172.16.1.0 را با متریک 10 منتشر می‌کند، درحالی‌که روترD آدرس 172.16.1.0 را با متریک 5 منتشر می‌کند. در این‌جا هرچه مقدار متریک کمتر باشد اولویت دارد، بنابراین در AS 100 برای رسیدن به روتر D برای شبکه با آدرس 172.16.1.0 از AS 200 استفاده می‌شود. لازم به توضیح است که MEDها در یک سامانه خودمختار محلی توزیع می‌شوند. 

شکل 3

• مشخصه مبدا (Origin): نشان می‌دهد که BGP چگونه از یک مسیر خاص مطلع شده است. Origin می‌تواند یکی از سه مقدار زیر را داشته باشد:
• IGP:  در واقع مسیر داخلی به مبدا سامانه خودمختار را نشان می‌دهد. این مقدار هنگامی تنظیم می‌شود که از دستور پیکربندی مسیریاب شبکه برای وارد کردن صریح مسیر به BGP استفاده شده باشد. 
• EGP: مسیر از طریق پروتکل دروازه خارجی EGP سرنام Exterior Gateway Protocol  پیدا می‌شود. 
• Incomplete: نشان می‌دهد که مبدا مسیر ناشناخته است یا از طریق روش‌های تعریف نشده به‌دست آمده است. مشکل مبدا ناقص هنگامی به‌وجود می‌آید که یک مسیر در BGP بازتوزیع می‌شود. 
• مشخصه AS_path: هنگامی‌که جدول مسیریابی از یک سامانه خودمختار عبور کند در واقع شماره AS به فهرستی سفارشی از شماره‌های سامانه خودمختار مرتبط با جدول مسیریابی اضافه می‌شود. شکل4، حالتی را نشان می‌دهد که در آن یک مسیر از سه سامانه خودمختار عبور کرده است.

شکل 4

AS 1، مسیر خود به سمت 172.16.1.0 را آغاز می‌کند و این مسیر را همسو با مسیرهای AS 2 و AS 3 در AS_path مشخص می‌کند. AS 3 با استفاده از مشخصه AS_path{3,1} پاسخ می‌دهد و AS 2 با استفاده از مشخصه AS_path{2,1} پاسخ می‌دهد. در این حالت AS 1 اگر شماره AS متعلق به خود را در فهرست انتشار مسیر شناسایی کند از مسیرهای مذکور صرف‌نظر می‌کند. BGP با استفاده از این مکانیزم حلقه‌های مسیریابی را شناسایی می‌کند. AS 2 و AS 3 با شماره AS خود که به مشخصه مسیر AS اضافه شده‌اند، مسیر را برای یکدیگر انتشار می‌دهند. این مسیرها در جدول IP Routing فعال نمی‌شوند، زیرا AS 2 و AS 3 برای رسیدن به 172.16.1.0 از طریق AS 1 از فهرست   AS-Path کوتاه‌تری که در اختیار دارند، استفاده می‌کنند. 

• مشخصه  Next-Hop: مشخصهNext-Hop  آدرس آی‌پی را نشان می‌دهد که برای رسیدن به روتر هدف استفاده می‌شود. مشخصه مذکور همان آدرس آی‌پی اتصال بین همتایان (Peers)  است. در ارتباط با پروتکل iBGP آدرس بعدی به سامانه خودمختار محلی انتقال داده می‌شود. همتاسازی eBGP قابلیت کلیدی پروتکل BGP در اینترنت است. eBGP فرایند مبادله پیشوندهای شبکه بین سیستم‌های مستقل را مدیریت می‌کند. 

‌در شکل5 روتر C شبکه 172.16.1.0 را با Next Hop 10.1.1.1 منتشر می‌کند. وقتی که روتر A این مسیر را در سامانه خودمختار خود منتشر می‌کند، اطلاعات Next-Hop راحفظ می‌کند. اگر روتر B دارای اطلاعات مسیریابی در مورد Next Hop نباشد، این مسیر کنار گذاشته می‌شود. 

شکل 5

• مشخصه‌  Community: راهکاری که برای گروه‌بندی مقصدها از آن استفاده می‌شود Community نامیده می‌شوند. در این حالت تصمیمات مربوط به مسیریابی (مانند پذیرش، ترجیحات و بازتوزیع) به شکل ساده‌تری انجام می‌شود. نقشه مسیرها (Route maps) برای تنظیم مشخصه‌ Community استفاده می‌شود. این مشخصه دارای یکسری تنظیمات از پیش تعریف شده به شرح زیر است:

1. no-export: این مسیر نباید برای همتایان (Peer) eGBP منتشر شود.
2. no-advertise: این مسیر نباید برای هیچ‌یک از Peerها منتشر شود.
3. internet: این مسیر باید برای Community اینترنت منتشر شود، زیرا تمام مسیرهای متعلق به شبکه‌های برون‌سازمانی در نهایت به اینترنت متصل می‌شوند. شکل6 مشخصه BGP no-advertise Community را نشان می‌دهد.

شکل 6

AS 1 با مشخصه Community No-Export آدرس 172.16.1.0 را برای AS 2 منتشر می‌کند (شکل7). در شکل8،  AS 1 با مشخصه  Community No-Advertise آدرس 172.16.1.0 را برای AS 2 منتشر می‌کند. در شکل8  مشخصه Community اینترنت را مشاهده می‌کنید. دقت کنید در اینجا هیچ محدودیتی در مورد مسیرها از AS 1 وجود ندارد.

شکل 7

شکل 8