نقطه تبادل اینترنت یا IXP چیست؟

نقطه تبادل اینترنت (Internet Exchange Point) یا به اختصار IXP، محلی فیزیکی برای شرکت‌های زیرساخت اینترنتی است که در آن ترافیک اینترنتی را به‌ صورت مستقیم بین خود رد و بدل می‌کنند. برای پاسخی دقیق‌تر به این پرسش که IXP چیست، می‌توان گفت ساز و کاری است که اجازه می‌دهد شبکه‌ها بدون عبور از واسطه‌های هزینه‌بر شخص ثالث، به‌ شکل مستقیم و بهینه با یکدیگر تبادل داده داشته باشند. این مدل اتصال مستقیم، پایه و اساس عملکرد کارآمد و کم‌هزینه اینترنت مدرن است.

IXPها به‌عنوان مکان‌های بی‌طرف عمل می‌کنند که آی‌اس‌پی‌ها، شبکه‌های CDN، ارائه‌دهندگان خدمات ابری و سازمان‌های مبتنی بر وب می‌توانند شبکه‌های خود را در آن به هم متصل کنند. نتیجه‌اش تحویل سریع‌تر داده، کاهش هزینه‌ها و افزایش پایداری و افزونگی در ترافیک اینترنت در سطح جهانی است. برای مهندسان شبکه و متخصصان IT که در طراحی زیرساخت اینترنت مشارکت دارند، درک IXPها حیاتی است؛ زیرا این مراکز به‌ صورت مستقیم بر عملکرد شبکه، هزینه‌های عملیاتی و قابلیت اطمینان خدمات تأثیر می‌گذارند.

IXP چیست؟

IXP یا Internet Exchange Point یا نقطه تبادل اینترنتی، محلی است که چندین شبکه مختلف اینترنتی در آن به هم متصل می‌شوند تا داده‌ها را با یکدیگر تبادل کنند. این نقاط معمولا به‌صورت فیزیکی در دیتاسنترهای خاص قرار دارند و از تجهیزات پیچیده‌ای برای مدیریت ترافیک اینترنت استفاده می‌کنند. از زمانی که اینترنت شروع به گسترش کرد، نیاز به تبادل داده‌ها میان شبکه‌های مختلف به‌طور مستقل و بدون نیاز به مسیریابی از طریق ISPها یا سرویس‌دهندگان ثالث احساس شد.

تاریخچه ایجاد IXPها به دهه 1990 برمی‌گردد. در آن زمان، ارتباطات اینترنتی به‌طور عمده از طریق اتصال‌های پرهزینه و محدود بین شبکه‌ها انجام می‌شد. ایجاد نقاط تبادل اینترنتی به‌عنوان یک راه‌حل برای کاهش هزینه‌ها و بهبود کارایی شبکه‌های اینترنتی مطرح شد. IXPها به‌ویژه در شهرهای بزرگ و دیتاسنترهای اصلی ایجاد شدند و به‌مرور زمان به زیرساخت‌های اساسی در شبکه‌های اینترنت تبدیل شدند.

مفاهیم اصلی IXP چیست؟

از نظر فنی، IXP یک شبکه محلی LAN در سطح لایه دوم است که با سوئیچ‌های اترنت ساخته شده. شبکه‌ها روترهایشان را به این بستر مشترک وصل می‌کنند و روابط peering مستقیم با سایر شرکت‌کنندگان برقرار می‌کنند.

Peering

به تبادل مستقیم ترافیک اینترنتی بین دو شبکه، که به آن‌ها سیستم‌های مستقل (AS) گفته می‌شود، اطلاق می‌شود. بیشتر توافق‌های پیرینگ به‌صورت توافقات بدون تسویه (settlement-free) انجام می‌شوند، یعنی شبکه‌ها ترافیک را بدون دریافت هزینه مالی از یکدیگر تبادل می‌کنند. این موضوع کاملاً با روابط ترانزیت که در آن یک شبکه به شبکه دیگری برای انتقال ترافیک خود پول می‌پردازد، متفاوت است.

ارائه‌دهنده ترانزیت

Transit provider یا ارائه‌دهنده ترانزیت، شبکه‌ای است که ترافیک را از یک شبکه به شبکه‌ای دیگر منتقل می‌کند، این انتقال معمولا در مسیرهای بلند و در ازای دریافت هزینه انجام می‌شود. خدمات ترانزیت زمانی به کار می‌آید که ارتباط مستقیم پیرینگ ممکن یا عملی نباشد.

سیستم مستقل (Autonomous System – AS)

Autonomous System یا AS، شبکه‌ای مستقل است که سیاست‌های مسیریابی خودش را دارد. هر AS شماره‌ای منحصربه‌فرد (ASN) دارد تا در پروتکل‌های مسیریابی قابل شناسایی باشد.

BGP

BGP یا Border Gateway Protocol پروتکلی برای مسیریابی است که شرکت‌کنندگان حاضر در یک IXP به کمک آن اطلاعات مسیرهای IP خود را تبادل می‌کنند. شبکه‌ها از طریق BGP پیشوندهای IP خود را اعلام کرده و از مسیرهایی که به شبکه‌های دیگر متصل است آگاه می‌شوند.

زیرساخت LAN لایه ۲

پایه فنی هر IXP شامل سوئیچ‌های اترنت است که یک شبکه مشترک لایه ۲ را ایجاد می‌کنند. این زیرساخت به تمامی شرکت‌کنندگان متصل این امکان را می‌دهد تا به‌طور مستقیم با یکدیگر ارتباط برقرار کنند، بدون اینکه مجبور باشند از شبکه‌های واسط عبور کنند.

مراکز کولوکیشن

مرکز کولوکیشن یا مرکز هم‌مکانی، دیتاسنتری است که امکاناتی مثل برق، تهویه، امنیت و فضای فیزیکی لازم برای کولوکیشن تجهیزات شبکه را فراهم می‌کند. اکثر IXPها داخل چنین مراکزی قرار دارند. مراکز کولوکیشن قادرند از تجهیزات شبکه‌های متعدد به‌صورت همزمان در نزدیکی یکدیگر میزبانی کنند تا ارتباطات متقابل بهینه‌تر شوند.

نحوه کارکرد IXP چیست؟

مکانیسم‌های عملیاتی یک IXP شامل چندین فرایند فنی متصل به هم است که امکان تبادل ترافیک مستقیم بین شبکه‌های شرکت‌کننده را فراهم می‌آورد.

اتصال فیزیکی

شبکه‌های شرکت‌کننده یک یا چند روتر را از طریق کابل فیبر نوری به LAN لایه دوم مشترک IXP وصل می‌کنند. این اتصال معمولا در یک مرکز کولوکیشن برقرار می‌شود که زیرساخت IXP در آن واقع شده است. به‌عبارت دیگر، تجهیزات باید به‌ صورت فیزیکی در محل IXP مستقر باشند تا بتوان اتصال peering مستقیم برقرار کرد.

سشن‌های BGP Peering

وقتی اتصال فیزیکی برقرار شد، مشترکین شروع به برقراری سشن‌های BGP peering با سایر شبکه‌ها روی زیرساخت مشترک لایه دوم IXP می‌کنند. در این سشن‌ها، شبکه‌ها پیشوندهای IP خود را به همتایان خود اعلام می‌کنند. این پیشوند‌ها، مسیرهای منتهی به شبکه‌های خودشان و مشتریانشان هستند. این تبادل مسیر به هر شبکه کمک می‌کند که راه‌های بهینه برای رسیدن به مقاصد مختلف در سطح اینترنت را کشف کنند.

استفاده از سرورهای مسیریابی

بسیاری از IXPها برای ساده‌سازی فرایند peering از سرورهای مسیر یا Route Server استفاده می‌کنند. به جای برقراری BGP با هر شبکه به‌طور جداگانه، شبکه‌ها به یک سرور مسیریاب مرکزی وصل می‌شوند. این سرور سپس مسیر را بین همه شرکت‌کنندگان متصل پخش می‌کند. این کار پیچیدگی مدیریتی روابط peering را به طرز چشمگیری کاهش می‌دهد.

فرآیند تبادل ترافیک

وقتی یک بسته داده باید از شبکه فرستنده به شبکه گیرنده برود، روتر فرستنده مسیر مناسب را از جدول مسیریابی‌اش پیدا کرده و ترافیک را به‌صورت مستقیم از طریق زیرساخت مشترک لایه دوم به روتر مقصد می‌فرستد. این مسیر مستقیم باعث کاهش تأخیر و بهبود عملکرد می‌شود.

افزونگی و تغییر مسیر

شبکه‌ها معمولا علاوه بر اتصال به IXP، ارتباطات خصوصی مستقیم با یکدیگر را هم حفظ می‌کنند. اگر یک لینک مستقیم دچار اختلال شود، ترافیک می‌تواند به طور خودکار از طریق IXP مسیرش را تغییر دهد. این نکته باعث افزایش مقاومت شبکه و بهبود دسترسی به خدمات می‌شود.

ویژگی‌ها و اجزای کلیدی IXP چیست؟

در ادامه به برخی از ویژگی‌ها و اجزای کلیدی IXP و نقش آن‌ها در کارکرد این نقاط اشاره می‌کنیم:

زیرساخت مشترک

هسته اصلی زیرساخت IXP، سوییچ‌های اترنت با ظرفیت بالا هستند که یک شبکه لایه دوم مشترک برای اتصال متقابل ایجاد می‌کنند. این بستر به تمام مشترکین اجازه می‌دهد مستقیم با هم ارتباط برقرار کنند بدون آنکه نیاز به اتصال‌های اختصاصی نقطه‌به‌نقطه داشته باشند.

سرورهای مسیریابی

سرورهای مسیریابی وظیفه متمرکزسازی تبادل مسیرهای BGP را بر عهده دارند. به کمک آن‌ها، شرکت‌کنندگان می‌توانند تنها با یک سشن BGP با چندین شبکه مختلف peer شوند. این روش به طور چشمگیری پیچیدگی مدیریت تعداد زیادی از توافق‌های دوجانبه peering را کاهش می‌دهد.

تسهیلات کولوکیشن و اتصال متقابل

IXPها به فضای فیزیکی مجهز به منابع برق پایدار، سیستم‌های خنک‌کننده مطمئن و تدابیر امنیتی نیاز دارند. بیشتر آن‌ها در داخل مراکز دیتاسنتر معتبر فعالیت می‌کنند که خدمات حیاتی مذکور را ارائه کرده و امکان ایجاد اتصال متقابل بین شبکه‌های شرکت‌کننده را فراهم می‌سازند.

جامعه مشتریان

نقطه تبادل اینترنت بستری برای همکاری میان اپراتورهای شبکه است. در این محیط مشارکتی، اعضا می‌توانند درباره تنظیمات peering با هم هماهنگ شوند، اطلاعات فنی را به اشتراک بگذارند و مسائل عملیاتی را به‌صورت جمعی حل کنند.

عملیات بی‌طرفانه

بیشتر IXP‌ها به‌طور مستقل از شرکت‌های مخابراتی یا ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی اداره می‌شوند تا دسترسی عادلانه را تضمین کرده و از رفتارهای ضد رقابتی جلوگیری کنند. این بی‌طرفی باعث افزایش اعتماد و مشارکت گسترده‌تر میان اعضای بالقوه می‌شود.

آمار و ابزارهای پایش

IXP‌ها معمولا به اعضای خود داده‌های دقیق مربوط به ترافیک، میزان استفاده از پورت‌ها و شاخص‌های عملکرد شبکه را ارائه می‌کنن. این ابزارها به اپراتورهای شبکه کمک می‌کنند تا کیفیت اتصال خود را بهینه کرده و مشکلات احتمالی را سریع‌تر برطرف کنند.

الگوهای گوناگون عملیات

IXP‌ها می‌توانند در ساختارهای سازمانی مختلفی فعالیت کنند؛ از جمله انجمن‌های غیرانتفاعی، شرکت‌های تجاری، مؤسسات دانشگاهی یا نهادهای مورد حمایت دولت. هر مدل رویکرد مدیریتی و خدمات متفاوتی را را به همراه دارد.

کاربردها و موارد استفاده IXP چیست؟

نقاط تبادل اینترنت به‌عنوان مراکز اتصال مستقیم شبکه‌های متعدد، بخشی از پایه و اساس اینترنت امروزی‌اند و کارکردهای فراوانی دارند:

اتصال بین ISPها

ISPها از IXPها برای ردوبدل کردن ترافیک کاربران محلی استفاده می‌کنند تا وابستگی به ترانزیت‌های پرهزینه آپ‌استریم کاهش پیدا کند. این کار کیفیت خدمات را برای مشتری افزایش و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.

بهینه‌سازی شبکه‌های CDN

شبکه‌های CDN با اتصال به IXPها می‌توانند محتوا را در سطح شبکه‌های مختلف ISP، نزدیک‌تر به کاربران نهایی قرار دهند و بدین ترتیب تأخیر را کاهش داده و تجربه بهتری از استریمینگ، بازی آنلاین و وب‌گردی ارائه کنند.

اتصال ارائه‌دهندگان ابری و سرویس‌های SaaS

شرکت‌های ابری و نرم‌افزاری با به‌کارگیری peering مستقیم با ISPها و شبکه‌های سازمانی، عملکرد اپلیکیشن‌ها را بهتر می‌کنند و هزینهٔ انتقال داده را کاهش می‌دهند.

تقویت اکوسیستم اینترنت محلی

IXPها زیرساخت اینترنت منطقه‌ای را تقویت می‌کنند و باعث می‌شوند ترافیک محلی در چهارچوب یک ناحیه جغرافیایی باقی بماند؛ این موضوع وابستگی به لینک‌های ترانزیت بین‌المللی را کاهش و اطمینان‌پذیری خدمات را بهبود می‌دهد.

بازیابی در حوادث و افزایش پایداری

در صورت بروز قطعی یا مشکل، IXP مسیرهای جایگزین ترافیک را فراهم می‌کند تا تاب‌آوری شبکه بالا رود. بدین ترتیب در صورت قطعی لینک‌های اصلی، شبکه می‌تواند خیلی سریع مسیر جدیدی برای ترافیک به کمک اتصالات IXP پیدا کند.

کاهش مسیریابی‌های غیربهینه: IXP قادر است سناریوهای مسیریابی غیربهینه همچون رفتن ترافیک محلی به مسیری بین‌المللی و بازگشت دوباره به مبدأ را حذف کند. بدین ترتیب تاخیر کاهش پیدا کرده و پهنای‌باند بین‌المللی آزاد می‌شود.

مزایای استفاده از IXP چیست؟

کارکردهایی که بالاتر ذکر شد همگی به لطف وجود IXPها ممکن شده‌اند و فواید پرشماری برای عملکرد و دوام شبکه به همراه آورده‌اند:

• کاهش هزینه‌ها: نقطه تبادل اینترنت با فراهم کردن امکان peering بدون تسویه مالی، به شکل قابل توجهی هزینه‌های پهنای باند را کاهش می‌دهد. در این روش، شبکه‌ها می‌توانند حجم زیادی از ترافیک را بدون پرداخت هزینه به ارائه‌دهندگان ترانزیت منتقل کنند.
• کاهش تاخیر و بهبود عملکرد: تبادل مستقیم ترافیک در سطح محلی باعث کوتاه‌تر شدن مسیرهای شبکه می‌شود. نتیجه آن انتقال سریع‌تر داده و تجربه کاربری بهتر برای برنامه‌های حساس به تخیر مانند تماس‌های ویدیویی، استریم زنده یا بازی‌های آنلاین است. این یکی از مزایای کلیدی زیرساخت IXP محسوب می‌شود.
• افزایش پهنای باند مؤثر: ارتباطات مستقیم peering معمولا ظرفیت پهنای باند بالاتری نسبت به ارتباطات محدودتر ترانزیتی فراهم می‌کنند. این موضوع به شبکه‌ها امکان می‌دهد رشد ترافیک را بهتر مدیریت کنند.
• افزایش افزونگی و تاب‌آوری شبکه: IXP مسیرهای جایگزین برای عبور ترافیک ارائه می‌دهد، به طوری که در صورت بروز قطعی در شبکه‌های ترانزیت یا خرابی لینک‌ها، مسیرهای پشتیبان در دسترس باقی می‌مانند. این قابلیت پایداری کلی شبکه را بهبود می‌دهد.
• توسعه زیست‌بوم اینترنت محلی: با راه‌اندازی و گسترش نقطه تبادل اینترنت، زیرساخت اینترنت محلی قوی‌تر و مستقل‌تری شکل می‌گیرد و وابستگی کشورها یا سازمان‌ها به مسیرهای بین‌المللی کاهش می‌یابد. در کشورهایی مانند ایران، این مسئله به کاهش هزینه‌ها و افزایش کیفیت ارتباطات داخلی، از جمله برای کاربران سرور مجازی ایران و سرور اختصاصی ایران، کمک می‌کند.
• سادگی در peering با سرورهای مسیریابی: استفاده از سرورهای مسیریابی، فرآیند تبادل مسیر بین شبکه‌های متعدد را متمرکز می‌کند. این روش موجب ساده‌تر شدن مدیریت روابط peering دوجانبه می‌شود.
• افزایش امنیت مسیر‌یابی: بسیاری از IXP‌ها از استانداردهای امنیتی موسوم به «قواعد توافقی امنیت مسیر‌یابی» (Mutually Agreed Norms for Routing Security یا MANRS) پیروی می‌کنند. این استانداردها شامل فیلتر کردن اطلاعات اشتباه مسیر‌یابی است تا از رخدادهایی مانند ربایش پیشوند IP و حملات سایبری مبتنی بر مسیر جلوگیری شود.

چالش‌ها و ملاحظات

علیرغم کارکردها و فواید پرشمار برای اینترنت جهانی، IXPها چالش‌هایی نیز به همراه دارند که گردانندگان و مشترکین این نقاط باید آن‌ها را لحاظ کنند:

• نیاز به حضور فیزیکی در محل: شبکه‌ها باید تجهیزات مسیریابی خود را در محل فیزیکی IXP مستقر و نگهداری کنند. این موضوع نیازمند منابع فنی محلی و پشتیبانی عملیاتی مداوم است.
• هزینه‌های اولیه راه‌اندازی: شرکت در IXP هزینه‌هایی مانند انتقال داده تا محل IXP، اجاره فضا در مرکز دیتاسنتر و پرداخت دوره‌ای بابت پورت‌های peering را به همراه دارد.
• بار اداری و مدیریتی: شبکه‌ها همچنان باید درباره روابط peering دوجانبه با سایر شرکایشان مذاکره و آن‌ها را مدیریت کنند، حتی با وجود آن که سرور‌های مسیریابی بسیاری از پیچیدگی‌ها را از بین می‌برند.
• آسیب‌پذیری در لایه دوم: از آنجا که IXPها بر پایه شبکه‌های بزرگ لایه دوم ساخته می‌شوند، در صورت نبود مدیریت مناسب یا پیکربندی اشتباه از سوی اعضا، ممکن است مشکلاتی نظیر Broadcast Storm یا لوپ شدن سوئیچ رخ دهد.
  پیچیدگی مهندسی ترافیک: شبکه‌ها باید سیاست‌های BGP و مهندسی ترافیک خود را با دقت تنظیم کنند تا مسیرهای داده از طریق IXP بهینه باقی بمانند و از بار بیش‌ ا زحد یا تأخیر غیرضروری جلوگیری شود.
• محدودیت‌های جغرافیایی: هیچ نقطه تبادل اینترنت نمی‌تواند جایگزین کامل ارتباطات ترانزیت جهانی شود. IXPها بیشتر برای تبادل ترافیک محلی کاربرد دارند و برای دسترسی به مقاصد بین‌المللی همچنان نیاز به مسیرهای جهانی وجود دارد.

جمع‌بندی

به طور کلی، در پاسخ به این پرسش که IXP چیست، می‌توان گفت نقطه تبادل اینترنت محلی حیاتی در زیرساخت اینترنت است که تبادل مستقیم، کم‌هزینه و سریع داده‌ها را میان شبکه‌ها ممکن می‌کند. با این حال، راه‌اندازی و نگهداری آن نیازمند سرمایه‌گذاری، تخصص فنی و برنامه‌ریزی دقیق است.