روتر چیست؟

روتر یک دستگاه تخصصی شبکه است که به دو یا چند شبکه که نرم­افزاری را اجرا می­کنند، اجازه می­دهد، داده را از یک شبکه به دیگری منتقل کند. روتر در یک شبکه مبتنی بر پروتکل اینترنت کار می­کند که در لایه شبکه (لایه سوم مدل OSI) فعالیت دارد. کار اصلی روتر اتصال شبکه­ها به یکدیگر و تحت کنترل قرار دادن انواع ترافیک­ داده است. شرکت­های مختلفی هستند که روتر­­ها را تولید می­کنند: Cisco، Linksys، Jupiter، Netgear، Nortel(Bay Networks)، Redback،  Lucent، 3Com، HP، Dlink و Belkin تنها تعدادی از این شرکت­ها هستند.

آزمون­های مختلف شبکه (CCNA، CCNP، JNCIA، JNCIE) توانایی شما را برای شناسایی انواع مختلف تجهیزات شبکه خواهد سنجید. این آموزش گواهینامه شبکه روی روتر­ها، بر شناسایی روتر­های شبکه تمرکز دارد و شرح عملکرد روتر­ها را ارائه می­دهد.

روتر­ها چگونه کار می­کنند؟

در یک مثال ساده، از یک روتر خانگی متصل به یک کابل شبکه اینترنت استفاده می‌­کنیم.

1. روتر روشن است و سیستم­عامل خود را از روی فلش لود می­کند.
2. روتر، فایل پیکربندی را از روی آخرین فایلی که روی NVRAM ذخیره‌شده لود می­کند و رابط­های شبکه و پروتکل­های روتری که اجرا خواهد شد را تنظیم می­کند.
3. روتر آدرس شبکه را اضافه می­کند و آن را برای هر رابط به جدول روتری خودش همراه با نام رابط مربوطه subnet می­‌کند.
4. روتر دارای یک مسیر پیش­فرض ساده ایستا برای ارسال همه داده­های غیرمحلی به پورت شبکه­ متصل به کابل است.
5. زمانی­که روتر یک درخواست صفحه وب را از کامپیوتر شما دریافت می­‌کند، آدرس IP مقصد را در جدول روتری خود بررسی می­‌کند.
6. بیت­های تشکیل‌دهنده آدرس IP مقصد در بسته IP به‌عنوان کلید hash برای اشاره به مسیر صحیح استفاده می­شود، که به‌نوبه خود به رابط شبکه صحیح که بسته باید به آن ارسال شود اشاره می­‌کند.
7. روتر، بسته را به رابط صحیح، به روتر بعدی منتقل می­‌کند که فرآیند را تا رسیدن بسته به مقصد تکرار می­‌کند.

این فرآیند تقریباً برای همه روتر­ها یکسان است.

هشدار:  در اینجا یک پیچیدگی کوچک وجود دارد. برای کابل خانگی و روتر­های بی­سیم، روتر همانند یک «پروکسی» نیز عمل می­‌کند بنابراین روتر کاری را انجام می­دهد که برای یک روتر خارج از اینترنت معمول نیست یعنی آدرس IP مقصد را در packet IP به آدرس خودش تغییر می­دهد.

چرا به روتر نیاز داریم؟

روتر­ها برای اتصال شبکه­ها به یکدیگر استفاده می­شوند و عملیات شبکه­ای ذیل را انجام می­دهند که باید بتوانید آن را در آزمون­های Network+، CCNA یا JNCP بشناسید و شرح دهید:

عملکرد روتر( شناخت و تشریح)

1. پخش داده را به LAN محدود می­‌کند.
2. به‌عنوان Gateway پیش­فرض عمل می‌­کند.
3. ترجمه پروتکل را انجام می­دهد. ( از اترنت باسیم تا بی­سیم/وای­فای، یا از اترنت تا CATV)
4. انتقال داده بین شبکه­ها.
5. آموختن و شناساندن مسیرهای بدون حلقه.
6. محاسبه «بهترین مسیرها» برای رسیدن به شبکه مقصد.

محدود کردن پخش داده به LAN

شبکه­ها( بخصوص شبکه­های اترنت) از ارتباط پخشی در لایه­های فیزیکی، پیوند داده و شبکه استفاده می­کنند. پخش­های لایه شبکه انتقال­­های ارسالی به همه هاست­هایی است که از پروتکل لایه شبکه استفاده می­کنند( معمولاً پروتکل اینترنت[IP] یا IPX). ارتباط پخش شبکه­ای برای ارتباط انواع مشخصی از اطلاعات که عملیات شبکه را تشکیل می­دهند، استفاده می­شود( پخش­های ARP، RARP، DHCP، IPX-SAP و غیره). از آنجاکه چندین دستگاه­ می­توانند اقدام به انتقال هم‌زمان کنند و منجر به تصادم/برخورد شوند، بهتر است مجموعه هاست­ها با استفاده از یک سوییچ یا روتر به چندین دامنه­ پخش تقسیم شوند.

هرچه تعداد هاست­ها در شبکه افزایش یابد، میزان ترافیک پخش افزایش پیدا می­‌کند. اگر میزان زیادی ترافیک پخش در شبکه وجود داشته باشد، سپس ارتباط معمول بین شبکه­ها دشوار می­شود.

برای کاهش پخش­ها، مدیر شبکه می­تواند یک شبکه را به تعداد زیادی هاست در شبکه­های کوچک­تر بشکند. سپس پخش­ها در هر شبکه محدود می­شود و روتر به‌عنوان دروازه پیش­فرض برای رسیدن به هاست­ها در دیگر شبکه­ها عمل می­‌کند.

عمل کردن همانند Gateway پیش­فرض

به­ویژه در شبکه­های امروزی، افراد تمایل دارند از کامپیوتر خود برای اتصال به اینترنت استفاده کنند. زمانی­که کامپیوتر شما می­خواهد با یک کامپیوتر در شبکه دیگری صحبت کند، این کار را با ارسال داده به دروازه پیش­فرض انجام می­دهد. دروازه پیش­فرض، روتری محلی است متصل به همان شبکه­‌ای که کامپیوتر شما به آن متصل است. روتری که همانند دروازه پیش­فرض کار می­‌کند، داده شما را دریافت می­‌کند، به دنبال آدرس کامپیوتر راه دور می­گردد و تصمیم به روتری می­گیرد. طبق تصمیم روتری، داده شما را به رابط دیگری که به کامپیوتر راه دور نزدیک‌تر است ارسال می­‌کند. ممکن است بین شما و کامپیوتر راه­دور روتر­های مختلفی وجود داشته باشد، بنابراین روتر­های مختلفی در دست‌به‌دست کردن بسته شرکت خواهند کرد.

انتقال داده بین شبکه­ها

روتر­ها قابلیت انتقال داده از یک شبکه به شبکه دیگر را دارند. این قابلیت اجازه می­دهد تا دو شبکه که توسط سازمان­های متفاوتی مدیریت می­شوند به تبادل داده بپردازند. آن‌ها یک شبکه میانی ساخته و بین روتر­ها در شبکه، داده ردوبدل می­کنند. به دلیل اینکه روتر می­تواند از هر نوع شبکه­ای که به آن متصل است ترافیک دریافت کند و آن را به هر شبکه دیگری ارسال کند، لذا می­تواند به شبکه­هایی که به‌طورمعمول توانایی ارتباط با یکدیگر را ندارند، اجازه تبادل داده را بدهد. در عبارات تکنیکی، یک شبکه توکن رینگ و یک شبکه اترنت می­توانند روی یک شبکه سریال ارتباط برقرار کنند. روتر­ها این امر را ممکن می­سازند.

یک روتر می­تواند شامل یک فریم اترنت باشد، داده اترنت را جدا کند، داده IP را به یک نوع فریم دیگر بدهد مانند SDH/SONET، PDH/T1، ATM، FDDI. بدین ترتیب یک روتر می­تواند «تبدیل پروتکل» را نیز انجام دهد که لازمه آن داشتن سخت‌افزار و نرم­افزار مناسب انجام این کار است. به هر صورت هدف اصلی انتقال داده از رابطی که داده را دریافت می­‌کند به رابط دیگری است که داده را مجدداً به رابط دیگری که در شبکه دیگر کار می‌کند منتقل می‌­کند.

آموختن و شناساندن مسیرهای بدون loop

روتر­ها تنها در صورتی می‌توانند به‌صورت پویا مسیرها را بیاموزند و بشناسانند که از پروتکل­های روتری مانند RIP، OSPF، EIGRP، IS-IS یا BGP استفاده کنند. در غیراینصورت باید شخصی مسیر را به‌صورت دستی تنظیم کند که روتری ایستا نامیده­ می­شود.

روتری، داده را طبق یک اصل گام‌به‌گام که روتری hot potato نامیده می­شود، حرکت می­دهد. اگر مجموعه­ای از روتر­ها انتقال داده را بدون رسیدن به مقصد، حول یک دایره انجام دهند، به آن روتری حلقه گویند. بسته­ها در یک حلقه دست‌به‌دست می­شوند تا در نهایت به دلیل گذشت زمان طولانی از دست بروند: زمان­تاثیر( Time To Live) آن‌ها به اتمام برسد. زمان­تاثیر یک شمارنده است که بخشی از هدر دیتاگرام IP است. مقدار زمان­تاثیر با هر بار گذشتن از هر روتر کاهش می­یابد و در انتها به صفر می­رسد و کنارگذاشته می­شود.

اجزا و بخش­های روتر

 ازآنجاکه روتر­ها کامپیوترهای تخصصی هستند، بخش­هایی همانند دیگر کامپیوترها دارند.

• CPU
•  فلش
• RAM پایدار
• RAM
• رابط­های شبکه
• کنسول

واحد پردازش مرکزی: نرم­افزارهای ویژه بنام «سیستم ­عامل» را اجرا می­‌کند. همانند JunOS در روتر­های Jupiter یا Cisco IOS(Nexus OS) برای روتر­های Cisco. سیستم­عامل اجزا روتر را مدیریت می­‌کند و همه اعمال شبکه­ای منطقی روتر را ارائه می‌­دهد.

فلش محل قرارگیری سیستم­عامل است، و به همین دلیل شبیه درایو هارددیسک در کامپیوتر شماست. اگر شما از یک درایو ( SSD) استفاده کنید، کامپیوتر شما همانند روتر از حافظه فلش استفاده می­‌کند.

RAM پایدار: حافظه اضافی است که برای ذخیره­سازی نسخه پشتیبان یا نسخه راه­اندازی سیستم­عامل استفاده­ می‌­شود. روتر از این حافظه بوت خواهد شد و همه برنامه­های خود را از اینجا لود می­‌کند.

RAM: زمانی که روتر راه­اندازی اولیه می­‌شود، سیستم‌عامل در داخل رم لود می­‌شود. به‌محض خاتمه راه‌اندازی اولیه، روتر شروع به محاسبه مسیرهای خود می­‌کند و ، اگر این‌گونه تنظیم‌شده باشد، مسیرهای شبکه را از دیگر روتر­ها از طریق RIP( v1 و v2)، OSPF، EIGRP، IS-IS یا BGP یاد می‌گیرد. همچنین RAM برای کش نمودن جداول ARP، جداول روتری، متریک­های روتری و دیگر داده­هایی که می­‌تواند سرعت انتقال بسته را بالا ببرد، استفاده می­‌شود.

رابط­های شبکه: روتر­ها همواره دارای تعداد زیادی رابط شبکه هستند. سیستم‌عامل شامل «درایور»هایی است که به سیستم‌عامل اجازه دسترسی به سخت­افزار شبکه در ماژول رابط را می­دهد. زمانی که روتر­ها شروع به کار می­‌کنند، مطلع خواهند شد که کدام شبکه­ها روی کدام پورت­ها تنظیم‌شده‌اند. سپس مسیرها را از دیگر روتر­هایی که به آن‌ها متصل هستند می‌­آموزند و  می‌­آموزند که کدام رابط، بسته­ها را به شبکه راه­دور مقصد ارسال می­‌کند.

کنسول: در زمان­های بسیار دور، مدیریت و پیکربندی روتر در کنسول هرکدام از دستگاه­ها انجام می­‌شد، همان‌طور که بیشتر تشخیص­ها و عیب­یابی­ها انجام می­‌شد. آزمون­های گواهینامه شبکه شامل بخش بزرگی از سؤالات درزمینه تنظیم و عیب­یابی دستورات کنسول است. بااین‌وجود، سازنده­ها به‌سرعت از تکنولوژی وجود کنسول در هر دستگاه فاصله گرفتند و سیستم­های مدیریت را برای مدیریت تعداد زیادی از دستگاه­های شبکه از طریق یک مکان متمرکز تولید کردند.