الهدف

الهدف من هذه المقالة هو توفير فهم شامل لبروتوكول توجيه المسار الأقصر المفتوح أولا (OSPF) ومفاهيمه الأساسية وآلياته التشغيلية وتطبيقه في محولات Cisco Catalyst 1300X Series.

إصدار الأجهزة/البرامج القابلة للتطبيق

- Catalyst 1300X / 4.1.7.17

المقدمة

في بيئات الشبكات الديناميكية الحالية، أصبح توجيه البيانات الفعال والموثوق به أمرا بالغ الأهمية. بروتوكول فتح أقصر مسار أولا (OSPF) هو بروتوكول توجيه ديناميكي معتمد على نطاق واسع، وخاصة بروتوكول العبارة الداخلية (IGP)، مصمم لتحديد أفضل المسارات لحركة مرور البيانات داخل نظام مستقل. وبشكل تقليدي، كان التوجيه الديناميكي حكرا على الموجهات المخصصة، ولكن مع التطورات في تقنية الشبكة، تدعم الآن المحولات المتطورة مثل السلسلة Cisco Catalyst 1300X بروتوكول فتح أقصر مسار أولا (OSPF). يعمل هذا الدمج على تمكين المحولات لديك من إتخاذ قرارات توجيه ذكية، مما يعمل على تحسين أداء الشبكة ومرونتها بشكل ملحوظ.

كمعيار مفتوح، يضمن بروتوكول فتح أقصر مسار أولا (OSPF) قابلية التشغيل البيني عبر أجهزة الموردين المختلفة، مما يجعله خيارا متعدد الاستخدامات للبنية الأساسية للشبكات المتنوعة. تشتهر هذه التقنية بتقاربها السريع، والتعرف بسرعة على المسارات الجديدة عند تغير ظروف الشبكة، وقدرتها على تطوير الشبكات الكبيرة بكفاءة من خلال التصميم الهرمي باستخدام المناطق.

جدول المحتويات

- ما هو بروتوكول فتح أقصر مسار أولا (OSPF) وكيف يعمل؟

- المفاهيم الرئيسية ل OSPF

- قياس تكلفة OSPF

- تنظيم شبكة OSPF مع المناطق

- إصدارات OSPF

- متى يمكن إستخدام OSPF مع محولات Catalyst 1300X switches

- اعتبارات تنفيذ OSPF

- فهم المسافة الإدارية

ما هو بروتوكول فتح أقصر مسار أولا (OSPF) وكيف يعمل؟

OSPF هو بروتوكول حالة الارتباط، مما يعني أن كل جهاز يدعم OSPF (الموجه أو المحول) يحتفظ بخريطة تفصيلية وحديثة للشبكة بالكامل. تعرف هذه الخريطة باسم قاعدة بيانات حالة الارتباط (LSDB). ضمن قاعدة البيانات هذه، يمثل كل "إرتباط" واجهة شبكة، مثل واجهة موجه أو واجهة فرعية أو منفذ محول من الطبقة 3 أو واجهة المحول الظاهرية (SVI). تتضمن "حالة" هذه الارتباطات تفاصيل بالغة الأهمية مثل عناوين IP، وأقنعة الشبكة الفرعية، والتكلفة المقترنة باجتياز الارتباط، ومعلومات حول الموجهات المجاورة.

للإبقاء على خريطة الشبكة الحالية، تقوم أجهزة OSPF بتبادل رسائل خاصة تسمى إعلانات حالة الارتباط (LSAs). كلما حدث تغيير في الشبكة - على سبيل المثال، يظهر جهاز جديد على الإنترنت أو يفشل إرتباط - يتم إرسال LSAs، مما يستلزم أن تقوم جميع أجهزة OSPF بتحديث LSDBs الخاصة بها وإعادة حساب أفضل المسارات للبيانات بسرعة.

المفاهيم الرئيسية ل OSPF

- معرف الموجه (RID): يتم تعيين معرف 32 بت فريد لكل جهاز يشغل OSPF، ويتم تنسيقه كعنوان IP (على سبيل المثال، 192.168.1.1). تساعد هذه RID في تحديد الجهاز ضمن مجال OSPF ويمكن تعيينها تلقائيا أو يدويا.

- الجيران والتجاور: الموجهات والمحولات التي تدعم OSPF والتي يتم توصيلها مباشرة وتعرف على بعضها البعض مثل ما يسمى المشاركون في OSPF بالجيران. عندما يقوم هؤلاء الجيران بمزامنة قواعد بيانات حالة الارتباط الخاصة بهم بشكل كامل من خلال تبادل معلومات التوجيه التفصيلية، فإنهم يكونون تجاورا.

- الموجه المخصص (DR) والموجه المخصص للنسخ الاحتياطي (BDR): وفي الشبكات التي تضم أجهزة عديدة، يستخدم صندوق دعم العمليات الخاصة الاسترداد لمعالجة الحالات المستعصية (DR) ووحدة لإعادة توجيه المسار العكسي (BDR) لتعزيز الكفاءة. وبدلا من أن يتصل كل موجه بكل موجه آخر، تقوم ذاكرة DR و BDR بإدارة معظم الاتصالات، مما يقلل بشكل كبير من حركة المرور غير الضرورية ويسرع عملية التقارب.

- مرحبا الحزم: تستخدم أجهزة OSPF الحزم "hello" لإجراء عمليات الفحص العادية. تساعد هذه الحزم الموجهات في اكتشاف بعضها البعض والحفاظ على علاقاتها. إذا فشل الموجه في إستلام حزمة ترحيب من جهاز مجاور داخل "فترة معطلة" معرفة مسبقا، فإنه يفترض أن الجهاز المجاور معطل ويقوم بتحديث خريطة الشبكة وفقا لذلك.

قياس تكلفة OSPF

يحدد OSPF المسار الأقصر والأكثر فعالية باستخدام مقياس يسمى "التكلفة". وبشكل افتراضي، تكون التكلفة متناسبة عكسيا مع عرض النطاق الترددي للارتباط: أما الوصلات ذات الحزمة العريضة الأعلى فتكلفتها أقل. يقوم OSPF دائما بترتيب أولويات المسار ذي التكلفة الإجمالية الأقل.

يقوم Cisco IOS، بشكل افتراضي، بتعيين النطاق الترددي المرجعي ل OSPF إلى 100 ميجابت في الثانية (ميجابت في الثانية). ويتم حساب التكلفة لكل واجهة من خلال تقسيم النطاق الترددي المرجعي هذا على النطاق الترددي الفعلي للارتباط. بالنسبة للشبكات الحديثة فائقة السرعة، يمكن تعديل النطاق الترددي المرجعي هذا لضمان إجراء حسابات دقيقة للتكلفة. علاوة على ذلك، يمكن لمسؤولي الشبكة تعيين تكلفة OSPF يدويا على واجهة معينة. وهذا يسمح بالتأثير على تحديد المسار بناء على عوامل تتجاوز السرعة فقط، مثل موازنة الأحمال أو التكرار أو متطلبات السياسة أو موثوقية الارتباط.

تنظيم شبكة OSPF مع المناطق

ولتسهيل قابلية التطوير والتنظيم في الشبكات الكبيرة، يستخدم OSPF مفهوم المناطق. العنصر الأساسي لكل شبكة من شبكات OSPF هو Area 0، ويعرف أيضا بمنطقة العمود الفقري. يمكن إنشاء مناطق إضافية لتجزئة الشبكة، مما يحد من حركة مرور التوجيه غير الضرورية ويضمن التشغيل السلس. تقوم الأجهزة الموجودة في نفس المنطقة بمشاركة معلومات التوجيه التفصيلية، بينما تقوم الأجهزة الموجودة في مناطق مختلفة بتبادل المعلومات الملخصة فقط. ويعمل هذا التصميم الهرمي إلى حد كبير على تحسين كفاءة الشبكات واسعة النطاق.

إصدارات OSPF

- بروتوكول OSPFv2: يستخدم لتوجيه حركة مرور IPv4.

- بروتوكول OSPFv3: يستخدم لتوجيه حركة مرور IPv6.

متى يمكن إستخدام OSPF مع محولات Catalyst 1300X switches

يعد بروتوكول فتح أقصر مسار أولا (OSPF) خيارا ممتازا للمؤسسات التي تدير شبكات ديناميكية متوسطة إلى كبيرة الحجم تتطلب موثوقية فائقة وقابلية تطوير مذهلة، فضلا عن التكيف السريع مع التغييرات. وهو مناسب بشكل خاص للشبكات التي تحتوي على موجهات متعددة ومحولات متقدمة، مثل Cisco Catalyst 1300X، حيث يعد التوجيه التلقائي وقابلية التشغيل البيني للموردين متطلبين حيويين.

اعتبارات تنفيذ OSPF

ورغم أن بروتوكول فتح أقصر مسار أولا (OSPF) يتسم بالقوة، فإنه قد لا يكون دوما الحل الأمثل:

- الشبكات الصغيرة: بالنسبة للشبكات الصغيرة جدا، يمكن أن يكون التوجيه الثابت أكثر بساطة وسهولة في الإدارة، مما يتطلب موارد أقل.

- الأجهزة القديمة: قد تحتوي بعض الأجهزة القديمة على وحدة معالجة مركزية (CPU) وموارد ذاكرة محدودة، مما يجعل OSPF أقل فعالية.

- الأمان: يدعم OSPF المصادقة من خلال خوارزمية نص عادي أو ملخص الرسالة (MD5). على الرغم من أن هذا يوفر طبقة أمان، إلا أنه ليس قويا مثل الخوارزميات المشفرة الأحدث. وبالنسبة لأعلى مستوى من الأمن، قد يكون من الضروري إتخاذ تدابير إضافية. سلسلة المفاتيح هي خيار آخر مدعوم في C1300X، يستخدم خوارزميات تجزئة المشفرة مثل HMAC-SHA-512.

فهم المسافة الإدارية (AD)

عندما يتعرف الموجه على نفس الوجهة من مصادر توجيه متعددة (على سبيل المثال، OSPF أو RIP أو المسارات الثابتة أو الشبكات المتصلة مباشرة)، فإنه يستخدم مسافة إدارية (AD) لتحديد المسار الذي يجب الوثوق به وتثبيته في جدول التوجيه الخاص به. نطاق قيمة AD هو 0 إلى 255 ويفضل دائما المسار الذي يحتوي على أقل قيمة AD.

- تتميز المسارات المتصلة مباشرة بأقل AD (القيمة 0).

- يكون للمسارات الثابتة AD منخفض (القيمة 1).

- تحتوي بروتوكولات التوجيه الديناميكية مثل OSPF و RIP على قيم AD أعلى.

المسافة الإدارية ل OSPF هي 110. هذا يعني أنه يفضل على بروتوكولات متجه المسافات مثل RIP (AD 120) ولكنه أقل تفضيلا من بروتوكول توجيه العبارة الداخلي المحسن من Cisco (EIGRP)، والذي يحتوي على AD بقيمة 90.

القرار

يعد OSPF بروتوكول توجيه ديناميكي قوي وعالي الكفاءة يعمل على تمكين محولات Cisco Catalyst 1300X switches من إنشاء شبكات أكثر ذكاء ومرونة وقابلية للتطوير. يسمح دعم السلسلة Catalyst 1300X ل OSPF لشبكتك بالتكيف تلقائيا مع التغييرات وإعادة توجيه حركة مرور البيانات بسلاسة والحفاظ على الأداء العالي، مما يجعله حلا مثاليا لمتطلبات الشبكة الحديثة.