تعريف بـ VRF

Virtual Routing and Forwarding والتي تختصر بـ VRF هي شكل من أشكال مبدأ الافتراضية Virtualization الدارج استخدامه في الشبكات في العديد من المظاهر. فكما يمكن تقسيم الشبكة المحلية LAN لعدة شبكات محلية افتراضية باستخدام تكنولوجيا Virtual LAN، وكذلك تقسيم جهاز الخادم ليظهر وكأنه عدة خوادم افتراضية virtual servers. هنا ايضا يمكن تقسيم جهاز الراوتر الواحد أو بالأحرى layer 3 devices لتعمل وكأنها عدة أجهزة.

من خلال الـ VRF يمكننا تقسيم layer 3 device ليظهر وكأنه عدة أجهزة وهذا يعني أنه لكل جزء منافذه interfaces وايضا routing table الخاص به. مبدأ الـ VRF شبيه بـ الـ VLAN لكن الـ VLAN تعمل على تقسيم أجهزة السويتشات layer 2 devices بينما الـ VRF يعمل على أجهزة الراوترات  layer 3 devices.

 يمكن تقسيم جهاز الراوتر لعدة أجزاء حيث يبدو كل جزء كأنه منفصل عن الجزء الآخر ولا تتنقل البيانات بين الأجزاء إلا في حال تشغيل routing protocol، إذ أن لكل جزء يوجد routing table خاص ولكل جزء له منافذ interfaces محددة.

في الصورة التالية يظهر الراوتر R1 كأنه جهازين منفصلين باستخدام تكنولوجيا الـ VRF هما VRF red و VRF blue، حيث يلاحظ وجود الجزء الأول يحتوي على المنفذ fa0/0.10 ويحمل العنوان 192.168.1.1 /24 والجزء الثاني يحتوي على المنفذ fa0/0.20 ويحمل نفس العنوان 192.168.1.1 /24 دون وجود تداخل overlap بين العنوانين كون لكل جزء table routing  ستقل عن الآخر.

 

تستخدم تكنولوجيا الـ VRF على نطاق واسع ومهم جدا في الشبكات، وخصوصا مع تكنولوجيا الـ MPLS بل أن الكثير يعتقد أن الـ VRF لا يعمل إلا مع الـ MPLS فقط، وذلك لأن من أسس تشغيل الـ MPLS تشغيل VPN باستخدام تكنولوجيا الـ VRF. 

من الاستخدامات الأخرى والمهمة للـ VRF هو استخدامها في أجهزة الجدار الناري Firewalls اذ يتم تقسيم الجهاز لعدة أجزاء لزيادة مستوى الحماية وذلك بوصل الشبكات الداخلية من خلال منافذ موجودة بجزء مختلف عن الجزء المتصل بشبكة الانترنت.

مفهوم الـ Metric

مقياس الافضلية للمسارات Metric

تستخدم برتوكولات routing مقياس "metric" لاختيار افضل مسار best path من بين المسارات الموجودة  للوصول لشبكة ما، حيث يعتبر المسار الأفضل هو المسار الذي يملك قيمة metric أقل.

يقوم الـ routing protocol بالمفاضلة بين المسارات المتاحة عبر قيمة خاصة بكل مسار تسمى metric، حيث يكون لكل مسار قيمة metric معينة، يتم ايجادها من خلال معادلة رياضية. حيث أنه قد يكون المسار مكون من وصلة واحدة فقط او مكون من عدة وصلات بين الراوترات. 

مفهوم المقياس metric له عدة تسميات بالاضافة لمسمى الـ metric، فإنه ايضا يطلق عليه مسمى التكلفة cost وكذلك مسمى المسافة distance.

ففي الشكل اللاحق يمكن للراوتر R1 من الوصول للشبكة (10.1.1.0 /24) عبر مسارين هما مسار رقم (1) من خلال الوصلة بين R1 و R3، أو المسار رقم (2) من خلال الوصلة بين R1 و R2 ثم الوصلة بين R2 و R3.

لو نظرنا لقيمة metric لكل وصلة حسب ما هو ظاهر في الصورة، فإن قيمة الـ metric للوصلة بين R1-R3 هو (2)، وقيمة الـ metric للوصلة بين R1-R2 هو (2) وقيمتها للوصلة بين R2-R3 هو (3).

 

لذا فإن التكلفة الكلية للمسارات التي يقوم بحسابها routing protocol العامل على الراوتر R1 تكون على النحو التالي:
المسار رقم (1) التكلفة هي 2، بينما المسار رقم (2) التكلفة هي 5

لذلك فإن افضل مسارbest path للوصول للشبكة (10.1.1.0 /24) من جهة الراوتر R1هو المسار رقم (1)، ويعتبر المسار رقم (2) مسار بديل يتم اختياره في تعذر الوصول للشبكة من المسار الرئيسي.

تعتمد قيمة metric على عدة عوامل تكون خصائص الوصلة link على الراوتر، وهذه العوامل هي:

-         سعة الوصلة link bandwidth 

-         نسبة الحمل على الوصلة load 

-         قيمة التأخير على الوصلة delay

-         مقدار الموثوقية للوصلة reliability

-         عدد الأجهزة في المسار number of hops والمقصود هنا بأجهزة الشبكة وتحديدا layer 3 devices 

-         اكبر حجم للبيانات Maximum Transmission Unit "MTU"

حالة دراسية للبروتوكولات Routing

في الشبكة التالية تم تشغيل RIPv1 و OSPF على الراوترين R1 و R2 ومن ثم تفعيلهما على المنافذ interfaces)) حسب الشكل التالي. كم عدد الشبكات الكلية التي ستكون في ال routing table للراوتر R2. وما هي هذه الشبكات وما هو ال gateway لكل شبكة؟

 

التحليل:

في البداية سيشمل الـ (routing table) الشبكات المتصلة بشكل مباشر بالراوتر R2 وهي شبكة 192.168.100.0/24 الموجودة على المنفذ (Fa0/0) وكذلك الشبكة 192.168.1.0/24 الموجود على المنفذ (S0/0).

سيتبادل الـ (OSPF) العامل على جهاز الراوتر R2 و R1 تفاصيل الشبكات على المنافذ المفعّل عليها الـ (OSPF) في كلا الجهازين، إذ سيقوم الراوتر R1 بارسال التفاصيل عن الشبكة (10.1.1.0/24) العاملة على المنفذ (Fa0/1)، طبعا الشبكة (192.168.100.0/24) هي موجودة في الــ routing table للرواتر R2. سيقوم الـ (OSPF) باضافة الشبكة (10.1.1.0/24) في الـ (routing table) للراوتر R2 وسيكون المخرج (gateway) هو المنفذ (Fa0/0) في الـ R2.

كما أن الـ (RIPv1) العامل على الجهازين والمفعل على المنافذ  (Fa0/1) و (S0/0) في الراوتر R1 والمنفذ (S0/0) في الراوتر R2 سينقل عناوين الشبكات الموجودة على هذه المنافذ للجهاز الآخر، علما بأن الـ (RIPv1)  بطبيعته لا يتعرف على الشبكات المجزّأة (subnetworks) كونه (classful protocol) وبالتالي سيضيف الـ (RIP) العامل على الراوتر R2 الشبكة (10.0.0.0/8) في الــ routing table للراوتر R2 وسيكون المخرج (gateway) هو المنفذ (S0/0) في الـ R2.

وتجدر الاشارة هنا أن الشبكة (10.0.0.0/8) متخلفة عن الشبكة (10.1.1.0/24) وهما غير متساويتان وإن كانت الاخيرة جزء من الأولى، وبالتالي فإن كلا الشبكتين المضافتين من كلا البروتوكولين الـ (OSPF) و الـ (RIP) ستكونان من ضمن محتويات الــ routing table للرواتر R2.

وفي المجمل ستكون الشبكات الموجودة في الــ routing table للرواتر R2 حسب التالي: