ما هو بروتوكول OSPF وكيفية عمله في شبكات الحاسوب

في شبكة “OSPF” تقوم أجهزة التوجيه أو الأنظمة الموجودة في نفس المنطقة بتخزين قاعدة بيانات حالة ارتباط متماثلة تصف بنية المنطقة، كما يقوم كل جهاز توجيه أو نظام في المنطقة بإنشاء قاعدة بيانات وضع الارتباط الخاصة من إعلانات حالة الارتباط “LSAs”، والتي يتلقاها من جميع أجهزة التوجيه أو الأنظمة الأخرى في نفس المنطقة ومن “LSAs” التي تقوم هي نفسها بتصميمها.

ما هو بروتوكول OSPF

بروتوكول “OSPF”: هو بروتوكول توجيه حالة الارتباط، ممّا يعني أنّ أجهزة التوجيه تتبادل معلومات الهيكل مع أقرب جيرانها، كما يتم غمر معلومات الهيكل في جميع أنحاء “AS” بحيث يكون لكل جهاز توجيه داخل “AS” صورة كاملة لطوبولوجيا “AS”، وتُستخدم هذه الصورة بعد ذلك لحساب المسارات من طرف إلى طرف عبر “AS”، وعادةً باستخدام متغير من خوارزمية “Dijkstra”، لذلك في بروتوكول توجيه حالة الارتباط يتم تحديد عنوان القفزة التالية التي يتم إعادة توجيه البيانات إليها عن طريق اختيار أفضل مسار من طرف إلى طرف إلى الوجهة النهائية.

• “OSPF” هي اختصار لـ “Open Shortest Path First”.

• “AS” هي اختصار لـ “automatic system”.

• “LSA” هي اختصار لـ “Link status ads”.

أساسيات بروتوكول OSPF

الميزة الرئيسية لبروتوكول توجيه حالة الارتباط مثل “OSPF” هي أن المعرفة الكاملة بالطوبولوجيا تسمح لأجهزة التوجيه بحساب المسارات التي تفي بمعايير معينة، كما يمكن أن يكون هذا مفيداً لأغراض هندسة المرور، حيث يمكن تقييد الطرق لتلبية متطلبات جودة الخدمة الخاصة، والعيب الرئيسي لبروتوكول توجيه حالة الارتباط هو أنّه لا يتسع بشكل جيد، حيث تتم إضافة المزيد من أجهزة التوجيه إلى مجال التوجيه.

تؤدي زيادة عدد أجهزة التوجيه إلى زيادة حجم تحديثات الهيكل وتكرارها وكذلك طول الوقت الذي يستغرقه حساب المسارات من طرف إلى طرف، كما يعني هذا النقص في قابلية التوسع أنّ بروتوكول توجيه حالة الارتباط غير مناسب للتوجيه عبر الإنترنت بشكل عام، وهذا هو السبب في أنّ “IGPs” تقوم فقط بتوجيه حركة المرور داخل “AS” واحد.

و”LSA” عبارة عن حزمة تحتوي على معلومات خاصة بالأجهزة المجاورة وتكاليف المسار، حيث استناداً إلى قاعدة بيانات حالة الارتباط، يقوم كل جهاز توجيه أو نظام بحساب أقصر مسار شجرة يمتد ومع نفسه كجذر باستخدام خوارزمية نظام التعرف على هوية المرسل “SPF”.

• “IGP” هي اختصار لـ “Interior Gateway Protocol”.

• “SPF” هي اختصار لـ “Sender Policy Framework”.

مبدأ عمل بروتوكول OSPF

يقوم كل جهاز توجيه “OSPF” بتوزيع معلومات حول حالته المحلية أي واجهات قابلة للاستخدام والجيران الذين يمكن الوصول إليهم، وتكلفة استخدام كل واجهة على أجهزة توجيه أخرى باستخدام رسالة إعلان حالة الارتباط “LSA”، كما يستخدم كل جهاز توجيه الرسائل المستلمة لإنشاء قاعدة بيانات متطابقة تصف هيكل “AS”.

من قاعدة البيانات هذه يحسب جهاز التوجيه جدول التوجيه الخاص به باستعمال خوارزمية أقل مسار أولاً “SPF” أو خوارزمية “Dijkstra”، كما يحتوي جدول التوجيه هذا على جميع الوجهات التي يعرفها بروتوكول التوجيه والمرتبطة بعنوان “IP” للخطوة التالية والواجهة الصادرة.

• يعيد البروتوكول حساب المسارات عندما يتغير هيكل الشبكة باستخدام خوارزمية “Dijkstra” ويقلل حركة مرور بروتوكول التوجيه التي يولدها.

• يوفر دعماً لمسارات متعددة بتكلفة متساوية.

• يوفر تسلسلاً هرمياً متعدد المستويات أي مستويين لـ “OSPF” يسمى “توجيه المنطقة” بحيث يتم إخفاء المعلومات حول الهيكل، وداخل منطقة محددة من “AS” عن أجهزة التوجيه خارج هذه المنطقة.

• كما يتيح ذلك مستوى إضافياً من حماية التوجيه وتقليل حركة مرور بروتوكول التوجيه.

• يمكن مصادقة جميع تبادلات البروتوكول بحيث يمكن فقط لأجهزة التوجيه الموثوقة الانضمام إلى تبادلات التوجيه لـ “AS”.

ملاحظة:“IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

ما هو OSPF الإصدار 3

يستخدم الإصدار 2 من “OSPF” مع” IPv4″، كما تم تحديث “OSPFv3” للتوافق مع مساحة عنوان “IPv6” ذات “128 بت”، ومع ذلك ليس هذا هو الاختلاف الوحيد بين “OSPFv2″ و”OSPFv3” وكما تتضمن التغييرات الأخرى في “OSPFv3” كما هو محدد في “RFC 2740”.

• معالجة البروتوكول لكل ارتباط وليس لكل شبكة فرعية.

• إضافة نطاق الفيضان والذي قد يكون رابطاً محلياً أو منطقة أو على مستوى “AS”.

• إزالة “LSAs” مبهمة.

• دعم أنواع متشابهة متعددة من “OSPF” لكل ارتباط.

• العديد من التغييرات في تنسيق الحزم و”LSA” بما في ذلك إزالة دلالات العنونة.

ملاحظة:“RFC” هي اختصار لـ “Request for Comments”.

مزايا بروتوكول OSPF

• بالمقارنة مع بروتوكولات توجيه متجه المسافات مثل بروتوكول معلومات التوجيه “RIP“، فإنّ “OSPF” أكثر ملاءمة لخدمة أعمال الإنترنت الكبيرة غير المتجانسة، كما يمكن لـ “OSPF” إعادة حساب المسارات في فترة زمنية قصيرة عندما يتغير هيكل الشبكة.

• باستخدام “OSPF” يمكنك تقسيم النظام الذاتي “AS” إلى مناطق والاحتفاظ ببنيات المنطقة منفصلة لتقليل حركة مرور التوجيه “OSPF” وحجم قاعدة بيانات حالة الارتباط لكل منطقة.

• يوفر “OSPF” توجيهاً متعدد المسارات بتكلفة متساوية.

• يمكنك إضافة مسارات مكررة إلى بروتوكول “TCP” باستخدام القفزات التالية المختلفة.

ملاحظة:“RIP” هي اختصار لـ “Routing Information Protocol” و”TCP” هي اختصار لـ “Transmission Control Protocol”.

مراحل عمل بروتوكول OSPF

1- مرحلة EXSTART

مرحلة “EXSTART”: هي هذه هي الخطوة الأولى في تبادل قاعدة بيانات حالة الارتباط، كما يتفاوض النظامان حول من هو السيد ومن هو المرؤوس.

2- مرحلة التبادل

مرحلة التبادل: هي حزم وصف قاعدة بيانات تبادل النظامين لاكتشاف “LSAs” التي لا تتضمنها قاعدة بيانات حالة الارتباط لكل نظام، كما يقوم كل نظام بتخزين “LSAs” التي لم يتم تضمينها في قاعدة بيانات حالة الارتباط الخاصة به في قائمة إعادة الإرسال.

3- مرحلة التحميل

يرسل كل نظام حزم طلب حالة الارتباط ليطلب من الجار أي النظام الآخر أن يرسل إليه “LSAs” بالكامل التي تم تخزينها في قائمة إعادة الإرسال أثناء مرحلة التبادل، كما يستجيب الجار للطلب باستخدام “LSAs” في حزم تحديث وضع الارتباط.

4- المرحلة الكاملة

عندما ينتهي النظامان من تبادل “LSAs” وقواعد بيانات حالة الارتباط الخاصة بهما، يتم إنشاء التقارب بين النظامين.

بعد إنشاء التقاربات بين جميع أجهزة التوجيه أو الأنظمة في منطقة ما يرسل كل جهاز توجيه أو نظام في المنطقة بشكل دوري “LSA” لمشاركة حالاته المتجاورة أو للإبلاغ عن تغيير حالته، ومن خلال مقارنة أوجه التقارب القائمة مع “LSAs” يمكن لأجهزة التوجيه أو الأنظمة في المنطقة اكتشاف تغييرات طوبولوجيا المنطقة وتحديث قواعد بيانات حالة الارتباط وفقًا لذلك.

شروط عمل بروتوكول OSPF

1- جهاز التوجيه

إنّه أعلى عنوان “IP” نشط موجود على جهاز التوجيه، وأولاً يتم اعتبار أعلى عنوان استرجاع وإذا لم يتم تكوين استرجاع فسيتم اعتبار أعلى عنوان “IP” نشط على واجهة جهاز التوجيه.

2- أولوية جهاز التوجيه

أولوية جهاز التوجيه: هي قيمة “8 بت” مخصصة لجهاز توجيه يعمل بنظام “OSPF” وتستخدم لاختيار “DR” و”BDR” في شبكة البث.

• “BDR” هي اختصار لـ “Backup and disaster recovery”.

3- جهاز التوجيه المعين DR

• يتم اختياره لتقليل عدد التجاور المتكون.

• يقوم “DR” بتوزيع “LSAs” على جميع أجهزة التوجيه الأخرى.

• يتم تحديد “DR” في شبكة بث تستعمل معها جميع أجهزة التوجيه الأخرى في “DBD”.

• في شبكة البث ستجيب طلبات جهاز التوجيه للانتقال إلى تحديث لـ “DR” و”DR” لهذا الطلب.

4- جهاز التوجيه المعين للنسخ الاحتياطي BDR

جهاز التوجيه المعين للنسخ الاحتياطي “BDR”: هو نسخة احتياطية لـ “DR” في شبكة البث وعندما ينخفض “​​DR” يصبح “BDR” هو “DR” ويؤدي وظائفه.