منظوراز VPN چندنقطه‌ای پویا (DMVPN) چیست؟

VPN چندنقطه‌ای پویا (DMVPN) یک راه‌حل نوآورانه برای ایجاد اتصالات امن در شبکه‌های جغرافیایی پراکنده است. بر خلاف VPN‌های سنتی، DMVPN یک ساختار پویا، مقیاس‌پذیر و خودکار ارائه می‌دهد که به سازمان‌ها این امکان را خواهد داد تا ارتباطات امن بین یک هاب مرکزی و چندین دفتر، شعبه یا کاربران از راه دور را از طریق اینترنت برقرار کنند. این فناوری به‌ویژه برای سازمان‌هایی با دفاتر یا شعبات مختلف در نقاط جغرافیایی متفاوت طراحی شده است و فرآیند اتصال را به طور چشمگیری ساده سازی می‌نماید.

VPN چندنقطه‌ای پویا (DMVPN) چیست؟

VPN  چندنقطه‌ای پویا (DMVPN) یک فناوری است که فرآیند ایجاد و مدیریت اتصالات امن بین چندین سایت شبکه را از طریق شبکه به‌طور ساده‌تری انجام می‌دهد. این فناوری از یک رویکرد پویا استفاده می‌نماید، به‌طوری‌که نیازی به پیکربندی استاتیک برای هر اتصال، همانطور که در VPN‌های سنتی معمول است، ندارد. این ویژگی DMVPN را برای سازمان‌هایی که دارای دفاتر، شعبات متعدد یا کاربران از راه دور هستند، بسیار مناسب می‌سازد.

تصور کنید یک شبکه با یک دفتر مرکزی (هاب) و چندین دفتر شعبه جغرافیایی پراکنده (اسپوک) وجود دارد. در رویکردهای سنتی، هر اسپوک به یک تونل VPN اختصاصی نیاز داشت تا به‌طور مستقیم به هاب مرکزی متصل شود. اضافه کردن یک دفتر جدید به این شبکه مستلزم تغییرات دستی در پیکربندی هاب و روتر اسپوک جدید بود. این رویکرد استاتیک علاوه بر اینکه زمان‌بر است، احتمال خطا را افزایش می‌دهد و با رشد شبکه، مدیریت آن دشوار خواهد شد.

DMVPN این فرآیند را با ایجاد یک تونل واحد از هر اسپوک به هاب مرکزی با استفاده از محفظه‌سازی مسیر عمومی چندنقطه‌ای (mGRE) متحول می‌کند. این امر پیکربندی در طرف هاب را ساده می‌نماید، زیرا هاب تنها به یک ورودی برای هر موقعیت اسپوک نیاز دارد، البته با صرف نظر از تعداد کل اسپوک‌ها در شبکه.

نکات کلیدی برای طراحی شبکه DMVPN:

1) درک نیازها:

مانند هر فناوری دیگری، ضروری است که هدف از پیاده‌سازی DMVPN خود را مشخص کنید. چه چالش‌های تجاری را می‌خواهید با این راه‌حل برطرف نمایید؟ تعریف واضح اهداف شما را در طراحی به سمت پیکربندی بهینه هدایت می‌کند.

2) چالش‌ها و ارتقاء تجهیزات:

پیاده‌سازی DMVPN با چالش‌های طراحی ویژه‌ای همراه است که یکی از عوامل مهم در آن، تجهیزات شبکه موجود به شمار می‌رود. بسته به نیازهای عملکردی و تمایل به استفاده از سخت‌افزار فعلی، ممکن است در برخی سایت‌های راه دور، نیاز به ارتقاء تجهیزات وجود داشته باشد.

3) در مرحله طراحی DMVPN، چندین عامل مهم وجود دارند که باید با دقت بررسی شوند:

برای طراحی یک شبکه  DMVPN، تحلیل دقیق نیازهای ارتباطی سازمان و توجه به عوامل فنی گوناگون، اهمیت بالایی دارد؛ عواملی که مستقیماً بر کارایی، امنیت، مقیاس‌پذیری و پایداری شبکه تأثیر می‌گذارند. برخی از مهم‌ترین این عوامل عبارت‌اند از:

.. ساختار توپولوژی (Topology Design)

توپولوژی در دنیای شبکه‌های کامپیوتری، به نظم و آرایش اجزای شبکه اشاره دارد؛ شیوه‌ای که در آن دستگاه‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند و مسیر جریان داده‌ها شکل می‌گیرد. در حقیقت، توپولوژی، نقشه‌ای از ارتباطات میان گره‌های شبکه است که تعیین می‌کند چگونه داده‌ها از مبدایی به مقصدی دیگر سفر کنند.

انتخاب توپولوژی مناسب برای DMVPN از اهمیت بالایی برخوردار است. رایج‌ترین مدل، توپولوژی )هاب-اسپوک ( که در آن، تمامی اسپوک‌ها ابتدا با هاب ارتباط برقرار می‌کنند و سپس در صورت نیاز، ارتباط مستقیم بین اسپوک‌ها (Spoke-to-Spoke) از طریق تونل‌های پویا شکل می‌گیرد.
در مرحله طراحی، باید مشخص شود که آیا ارتباط مستقیم میان اسپوک‌ها ضروری است یا خیر، و در صورت نیاز، نحوه مدیریت این ارتباطات به‌دقت برنامه‌ریزی شود.

.. مقیاس‌پذیری (Scalability)

مقیاس‌پذیری در حوزه فناوری به توانایی یک سامانه یا شبکه در تطبیق با رشد و گسترش نیازهای عملیاتی بدون کاهش عملکرد اشاره دارد. در طراحی DMVPN، تعداد دفاتر شعبه (اسپوک‌ها) که باید به هاب متصل شوند، بهتر است به دقت تعیین و ظرفیت پردازشی روتر هاب نیز باید پاسخگوی مدیریت تعداد بالای تونل‌های همزمان باشد. علاوه بر این، محدودیت‌های پروتکل‌هایی مانند NHRP (Next Hop Resolution Protocol)، که DMVPN بر پایه آن عمل می‌کند، باید به دقت مورد ارزیابی قرار گیرد تا از بروز گلوگاه‌های احتمالی جلوگیری شود.

..  مسیر‌یابی (Routing Design)

DMVPN  از پروتکل‌های مسیریابی پویا مثل EIGRP، OSPF یا BGP پشتیبانی می‌کند.

1) EIGRP

EIGRP یا Enhanced Interior Gateway Routing Protocol یک پروتکل مسیریابی پیشرفته و اختصاصی است که توسط شرکت Cisco توسعه یافته. این پروتکل به‌طور کلی در دسته‌یDistance Vector قرار می‌گیرد، اما ویژگی‌هایی از پروتکل‌های Link-State نیز در آن گنجانده شده است. به همین دلیل، EIGRP به عنوان یک پروتکل Hybrid  شناخته می‌شود.

2) OSPF

OSPF یا Open Shortest Path First یک پروتکل مسیریابی Link-State و مبتنی بر استانداردهای باز است که توسط IETF توسعه یافته است. این پروتکل برای شبکه‌های بزرگ سازمانی طراحی شده و امکان تقسیم‌بندی شبکه به مناطق (Areas) را فراهم خواهد آورد.
OSPF برای محاسبه بهترین مسیر از الگوریتم Dijkstra (Shortest Path First) استفاده می‌کند و با ایجاد دید یکنواخت از توپولوژی شبکه در میان تمامی روترها، همگرایی سریع و مسیریابی بهینه را تضمین می‌کند.

3) BGP

BGP یا Border Gateway Protocol یک پروتکل مسیریابی از نوع Path Vector است که عمدتاً برای مسیریابی بین سیستم‌های مستقل (Autonomous Systems)  در اینترنت به کار می‌رود.
این پروتکل مسیرها را براساس سیاست‌های مدیریتی و ویژگی‌های مختلف انتخاب می‌کند، نه صرفاً بر پایه کوتاه‌ترین مسیر. نسخه‌ی رایج آن BGPv4 است که از هر دو نسخه‌ی IPv4 و IPv6 پشتیبانی می‌کند.
BGP به عنوان ستون فقرات اصلی اینترنت شناخته می‌شود و علی‌رغم همگرایی نسبتاً کندتر نسبت به پروتکل‌های داخلی، از مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری بسیار بالایی برخوردار است.

انتخاب پروتکل مناسب بر اساس ابعاد شبکه، نوع ارتباطات و نیاز به تطبیق‌پذیری انجام می‌شود. در طراحی مسیر‌یابی باید به مسائل همگرایی (Convergence) و مقیاس‌پذیری توجه شود.

.. امنیت (Security)

در DMVPN، داده‌ها از طریق اینترنت جابه‌جا خواهند شد و امنیت آن‌ها باید به‌طور کامل تضمین شود. استفاده از IPsec برای رمزنگاری تونل‌ها اجباری است. در طراحی باید سیاست‌های رمزنگاری، مدیریت کلید‌ها (IKEv1 یا IKEv2)، و مکانیزم‌های احراز هویت به‌دقت برنامه‌ریزی شوند.

.. کیفیت خدمات (QoS)

QoS  یا کیفیت خدمات به روش‌هایی اطلاق می‌شود که برای مدیریت بهتر و بهینه‌تر منابع شبکه به کار می‌روند. هدف از QoS این است که ترافیک شبکه به‌طور مؤثر مدیریت شود تا کیفیت ارتباطات، به‌ویژه برای خدماتی که حساس به تأخیر هستند مثل تماس‌های صوتی یا ویدئویی، حفظ شود. از آنجا که DMVPN برای انتقال داده‌های حساس مثل تلفن اینترنتیVoIP و ویدیوکنفرانس استفاده می‌شود، پیاده‌سازی QoS برای اولویت‌بندی ترافیک امری ضروری به شمار می‌رود. در طراحی باید مشخص شود کدام ترافیک دارای بالاترین اولویت است و سیاست‌های مدیریت پهنای باند اختصاصی چگونه اعمال می‌شوند.

..  مکانیزم‌های افزونگی (Redundancy and High Availability)

برای اطمینان از تداوم خدمات حتی در صورت بروز اشکال در هاب یا اتصال اینترنت، باید راهکارهای افزونگی مثل چند هاب (Dual-Hub) یا طراحی DMVPN Phase 3 با مکانیزم‌های Failover درنظر گرفته شود.

.. مدیریت و مانیتورینگ (Management and Monitoring)

نظارت مستمر بر سلامت تونل‌های DMVPN، عملکرد ترافیک و شناسایی اختلالات احتمالی از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین، در طراحی باید ابزارهای مانیتورینگ مانند SNMP، NetFlow یا اختصاص لاگ‌های دقیق پیش‌بینی شوند.

4) ارتباط اسپوک به اسپوک:

اگر هدف طراحی شما فعال‌سازی ارتباط اسپوک به اسپوک است، یک سوال دیگر پیش می‌آید: آیا این ترافیک از طریق روتر سرپرست عبور می‌کند یا مستقیماً بین اسپوک‌ها جریان می‌یابد؟ این تصمیم تأثیر زیادی بر پیکربندی راه‌حل شما خواهد داشت.

اجزاء DMVPN

DMVPN بر اساس مجموعه‌ای از فناوری‌های دقیق انتخاب‌شده برای ارائه عملکرد پویا و امن خود ساخته شده است. اجزاء اصلی DMVPN عبارتند از:

mGRE (1 (محفظه‌سازی مسیر عمومی چندنقطه‌ای):

این فناوری بر پایه برقراری ارتباط میان دفاتر شعبه (اسپوک‌ها) و هاب مرکزی بنا نهاده شده است. برخلاف تونل‌های سنتی GRE که ارتباط نقطه به نقطه برقرار می‌کنند،mGRE این امکان را فراهم می‌آورد که تنها یک تونل از هر اسپوک برای اتصال به هاب ایجاد شود.

IPsec (2:

امنیت یکی از اولویت‌های اصلی در ارسال داده‌ها از طریق اینترنت به شمار می‌رود. DMVPN با یک پروتکل رمزگذاری قوی به نام IPsec داده‌ها را از طریق تونل‌ها امن می‌کند.

3) پروتکل رزولوشن (NHRP):

این پروتکل مدیریت ارتباطات پویا بین اسپوک‌ها را در DMVPN بر عهده دارد. NHRP درخواست‌هایی از اسپوک‌ها می‌گیرد و به هاب مرکزی ارجاع می‌دهد تا تونل‌های IPsec موقتی و بر اساس تقاضا بین اسپوک‌ها برقرار شود.

4) پروتکل‌های مسیریابی (اختیاری):

پروتکل‌هایی مانند OSPF یا EIGRP می‌توانند در جریان بهینه داده‌ها در شبکه کمک کنند. این پروتکل‌ها با همکاری NHRP به هاب کمک می‌کنند تا بهترین مسیر برای بسته‌های داده را تعیین کند و اسپوک‌ها را راهنمایی نمایند.

نحوه عملکرد DMVPN

این اجزاء به صورت هماهنگ با یکدیگر عمل می‌کنند تا یک زیرساخت شبکه‌ای پویا، امن و مقیاس‌پذیر مبتنی بر DMVPN ایجاد شود. در این معماری، mGRE بستر اصلی برای ایجاد تونل‌های چندنقطه‌ای را فراهم می‌سازد، IPsec امنیت ارتباطات را از طریق رمزنگاری داده‌ها تضمین می‌کند، NHRP فرآیند شناسایی و نگاشت آدرس‌های منطقی به آدرس‌های فیزیکی را مدیریت و در صورت استفاده، پروتکل‌های مسیریابی دینامیک وظیفه هدایت بهینه جریان داده‌ها را بر عهده دارند.

این یکپارچگی بین اجزا، به سازمان‌ها امکان می‌دهد شبکه‌ای انعطاف‌پذیر و قابل توسعه برای اتصال دفاتر و کاربران واقع در مناطق جغرافیایی پراکنده ایجاد کنند، بدون آنکه نیاز به تنظیمات دستی گسترده برای هر اتصال جدید باشد.

DMVPN یک راهکار نوآورانه و کارآمد برای ایجاد ارتباطات ایمن در شبکه‌های جغرافیایی توزیع‌شده ارائه می‌دهد. اما این فناوری چگونه این فرآیند را محقق می‌کند؟ در ادامه، مراحل عملکرد آن به صورت گام‌به‌گام شرح داده شده است:

1. ایجاد تونل

در اولین دست دادن (Handshake)، هر روتر اسپوک (Branch) یک تونل mGRE به روتر مرکزی (Hub) برقرار می‌کند. این تونل mGRE به‌عنوان مسیری اختصاصی برای ارتباط میان اسپوک و هاب عمل می‌کند. روتر مرکزی نیز جدولی از مسیریابی دارد که شامل اطلاعات مربوط به تمامی اسپوک‌ها در شبکه است و به این ترتیب می‌تواند بسته‌های داده را به‌طور مؤثر و دقیق به سمت مقصدهای خاص (اسپوک‌ها) هدایت کند.

2. ارتباط پویا بین اسپوک‌ها

هنگامی که داده‌ها باید بین دو دفتر شعبه (اسپوک) مبادله شوند، DMVPN  از NHRP استفاده می‌کند. در این مرحله است که پویایی شبکه به کار می‌آید. اسپوک مبدأ فرآیند را با ارسال درخواست NHRP به روتر مرکزی آغاز می‌کند.

3. ایجاد تونل‌های مستقیم NHRP

بر اساس اطلاعات موجود در جدول مسیریابی، روتر مرکزی به درخواست NHRP پاسخ می‌دهد. در ادامه، این روتر به هر دو اسپوک مبدأ و مقصد دستور می‌دهد تا یک تونلIPsec موقتی و درخواست‌شده مستقیماً بین یکدیگر ایجاد کنند. این تونل IPsec به‌عنوان یک کانال امن در بستر اینترنت عمومی عمل کرده و بسته‌های داده در آن از طریقIPsec رمزگذاری می‌شوند که تضمین می‌کند، حریم خصوصی و یکپارچگی داده‌ها در طول انتقال به‌طور کامل حفظ شود.

4. انتقال داده‌های ایمن

پس از ایجاد تونل IPsec، بسته‌های داده از اسپوک مبدأ رمزگذاری شده و در داخل تونل محصور می‌شوند. این بسته‌ها به‌طور ایمن از طریق اینترنت عمومی به اسپوک مقصد منتقل خواهند شد، بدون اینکه کسی قادر به دسترسی به آن‌ها باشد. اسپوک مقصد بسته‌های دریافتی را رمزگشایی کرده و اطلاعات اصلی را بازیابی و پردازش می‌نماید.

5. مدیریت پویا تونل‌ها

NHRP  به‌طور مداوم فعالیت‌های شبکه را نظارت می‌کند. پس از اتمام مبادله داده‌ها بین دو اسپوک،NHRP  فرآیند برچیدن تونل IPsec موقتی را تسهیل می‌نماید. این کار باعث صرفه‌جویی در منابع و بهینه‌سازی استفاده از پهنای باند شبکه خواهد شد. در صورت نیاز به مبادله داده‌ها بین همان دو اسپوک در آینده،NHRP یک تونل IPsec موقتی جدید ایجاد خواهد کرد تا ارتباط مؤثری برقرار شود.

تکنولوژی‌های  DMVPN

DMVPN از ترکیب مجموعه‌ای از تکنولوژی‌های انتخابی برای ارائه عملکرد بهینه خود بهره می‌برد. هر یک از این اجزا نقش اساسی در ایجاد اتصال‌های ایمن و پویا در شبکه‌های گسترده جغرافیایی ایفا می‌کنند. در ادامه، به بررسی اجزای کلیدی و تکنولوژی‌های بنیادی که پشت ساختار DMVPN قرار دارند، خواهیم پرداخت.

1) پروتکل‌های مسیریابی IP

اگرچه پروتکل‌های مسیریابی مانند OSPF یا EIGRP  جزء اجزای اصلی DMVPN نیستند، اما پایه‌گذار جریان مؤثر داده‌ها در شبکه به شمار می‌روند. این پروتکل‌ها به‌طور پنهانی در پس‌زمینه کار می‌کنند و نقشه‌ای پویا از توپولوژی شبکه را شامل مسیرهای موجود و هزینه‌های مربوطه (مثل تأخیر یا تراکم) نگهداری می‌کنند. این اطلاعات برای روتر مرکزی DMVPN حیاتی است زیرا به آن کمک می‌کند تصمیمات صحیحی در مورد مسیر بهینه برای انتقال بسته‌های داده به اسپوک‌ها بگیرد.

2) IPsec

امنیت در هنگام انتقال اطلاعات حساس از طریق اینترنت بسیار حائز اهمیت است. DMVPN از IPsec، یک پروتکل رمزگذاری قوی، برای محافظت از داده‌هایی که از طریق تونل‌ها بین مکان‌ها منتقل می‌شوند استفاده می‌کند. IPsec مانند یک گاوصندوق دیجیتال عمل می‌کند که بسته‌های داده را پیش از انتقال رمزگذاری می‌کند و این بسته‌ها را برای هر کسی که ممکن است بخواهد رهگیری و غیرقابل خواندن می‌کند.

GRE (3

حفره‌سازی مسیریابی عمومی (GRE) مبنای ایجاد تونل‌ها در شبکه DMVPN است. این تونل‌ها به‌عنوان کریدورهای امن در اینترنت عمومی عمل کرده و به داده‌ها اجازه می‌دهند تا بین مکان‌ها به‌طور ایمن حرکت کنند. GRE داده‌ها را در داخل تونل خود محصور می‌کند و به این ترتیب ترافیک شبکه داخلی را از ترافیک اینترنت عمومی جدا می‌نماید.

NHRP (4

جادوی DMVPN در توانایی ارتباط پویا بین اسپوک‌ها نهفته است که در اینجا NHRP به عنوان یک کارگردان ترافیک پویا عمل می‌کند. NHRP فرآیند ایجاد تونل‌های IPsec موقتی مستقیم بین اسپوک‌ها را تسهیل می‌نماید. این پروتکل به اسپوک مبدأ کمک می‌کند تا آدرس بهینه برای دسترسی به اسپوک مقصد را دریافت کرده و از آن برای ایجاد تونل‌های امن استفاده کند.

مزایای  DMVPN

DMVPN  یک راه‌حل جذاب برای حل محدودیت‌های VPNهای سنتی و ارائه مزایای قابل توجه برای سازمان‌ها است. در اینجا به برخی از مزایای کلیدی DMVPN پرداخته شده است:

1. مقیاس‌پذیری آسان

در VPNهای سنتی، برای هر کاربر از راه دور جدید نیاز به انجام تغییرات دستی فراوانی است که هم زمان‌بر و هم مستعد بروز خطا می‌باشد. اما DMVPN با بهره‌گیری از تونل‌هایmGRE این فرآیند را به‌طور چشمگیری ساده کرده است. با استفاده از mGRE، هر اسپوک تنها یک تونل به هاب مرکزی برقرار می‌کند، که این امر پیچیدگی‌های مربوط به تنظیمات در طرف هاب را کاهش می‌دهد.

2. بهینه‌سازی استفاده از پهنای باند

DMVPN با فراهم کردن امکان برقراری ارتباط مستقیم بین شعبه‌ها از طریق ایجاد تونل‌هایIPsec موقتی، به‌طور چشمگیری مصرف پهنای باند را کاهش می‌دهد. این روش باعث حذف ترافیک اضافی روی لینکWAN می‌شود که هاب مرکزی را به اسپوک‌ها متصل می‌نماید.

3. کاهش بار اداری

DMVPN بسیاری از وظایف پیکربندی و مدیریت VPN را به‌صورت خودکار انجام می‌دهد و بدین ترتیب بار کاری تیم‌های فناوری اطلاعات را کاهش می‌دهد. NHRP فرآیند ایجاد و حذف تونل‌ها را به‌طور خودکار مدیریت می‌کند و نیاز به مداخله مستمر تیم‌هایIT را از بین خواهد برد.

4. بهبود تاب‌آوری شبکه

DMVPN  امکان برقراری ارتباط مستقیم میان اسپوک‌ها را فراهم می‌آورد، که از ایجاد یک نقطه شکست واحد (هاب مرکزی) جلوگیری می‌کند. در نتیجه، حتی در صورت قطع ارتباط با هاب مرکزی، ارتباط میان اسپوک‌ها از طریق تونل‌هایIPsec  پیشین همچنان برقرار خواهد ماند.

5. اتصال مقرون‌به‌صرفه

استفاده از اینترنت برای انتقال داده‌ها بین مکان‌ها، DMVPN را به یک راه‌حل مقرون‌به‌صرفه تبدیل می‌کند که نیاز به خطوط اجاره‌ای اختصاصی پرهزینه را کاهش خواهد داد.

نتیجه‌گیری

DMVPN یک راه‌حل قدرتمند برای اتصال شبکه‌های امن و مقیاس‌پذیر در مکان‌های جغرافیایی مختلف است. این فناوری با استفاده از ترکیبی از تکنولوژی‌های کلیدی، جریان داده‌ها را به‌طور ایمن و کارآمد تسهیل می‌کند. قابلیت انطباق DMVPN با تکنولوژی‌های نوظهور مانند SDN و NFV نشان می‌دهد که این فناوری آینده روشنی در مدیریت شبکه‌های امن و انعطاف‌پذیر خواهد داشت.