تسلط بر مفاهیم پایه شبکه منطبق با استانداردهای بین‌المللی
آموزش رایگان دوره نتورک‌پلاس (+Network) روترها چگونه کار می‌کنند (بخش 28 )
در مقاله شماره گذشته آموزش نتورک‌پلاس با پروتکل و فیلدهای بسته IPv6 آشنا شده، پروتکل ICMP را بررسی کرده و با دو مفهوم دامنه تصادم و پخشی آشنا شویم. در این شماره می‌خواهیم با روترها، عملکرد آن‌ها در شبکه و مسیریابی آشنا شویم.

برای مطالعه بخش بیست و هفتم آموزش رایگان و جامع نتورک پلاس (+Network) اینجا کلیک کنید

در شماره‌های گذشته آموزش نتو‌رک‌پلاس دیدیم که بسته‌ها در لایه 3 چگونه در یک شبکه منتقل می‌شوند. اما اجازه دهید اکنون به سراغ روترها رفته و با نحوه کار آن‌ها آشنا شویم. یک روتر دو یا چند شبکه را به یکدیگر متصل کرده و بسته‌ها را از یک شبکه به شبکه دیگر انتقال می‌دهد. روترها مسئول هستند تا شبکه بعدی که بسته‌ها باید به آن انتقال داده شوند را مشخص کنند. یک روتر معمولی دارای یک پردازنده داخلی، سیستم‌عامل، حافظه، سوکت‌های مختلف شبکه و یک رابط کاربری است که برای مدیریت روتر استفاده می‌شود. در شکل زیر سه نمونه روتر را مشاهده می‌کنید که سمت چپ روتر پیچیده و سمت راست روتر ساده‌تری را نشان می‌دهد.

روترهای چند پروتکلی با توان بالا ممکن است چند شکاف باشند که برای رابط‌های مختلف شبکه استفاده می‌شوند. در مقابل روترهای مصرفی، روترهای ساده و ارزان قیمتی هستند که درون دفاتر و خانه‌های کوچک استفاده شده و به تنظیمات کمتری نیاز دارند. قدرت یک روتر در هوشمندی آن مستتر شده است. اگرچه هر روتر می‌تواند برای وظایف مختلفی پیکربندی شده و استفاده شود، اما همه روترها قادر به انجام کارهای زیر هستند:

  • اتصال شبکه‌های متفاوتی به یکدیگر (یک شبکه محلی به یک شبکه گسترده)، شبکه‌هایی با نوع‌های مختلف و پروتکل‌های مسیریابی مخلتف
  • تفسیر آدرس‌های لایه 3 و اغلب لایه 4 و همچنین سایر اطلاعاتی همچون شاخص‌های کیفیت خدمات
  • تعیین بهترین مسیر برای داده‌هایی که قرار است از نقطه A به نقطه B ارسال شوند. بهترین مسیر، بهترین کارایی را داشته و اجازه می‌دهد پیام‌ها با سرعت بالا و کمترین خطا ارسال شوند.
  • اگر مسیر انتخابی از دست رفته باشد، اما مسیر دیگری در دسترس باشد،  به مسیریابی دومرتبه ترافیک می‌پردازند.

در کنار انجام یکسری کارهای اصلی، روترها ممکن است هر یک از کارهای زیر را انجام دهند که البته هر یک از این کارها جنبه اختیاری دارد:

  • فیلتر کردن انتقال پخشی برای کاهش تراکم و ازدحام در شبکه
  • ارائه یک دیوارآتش ساده، برای جلوگیری از ورود ترافیک مخرب به درون شبکه در کنار امکان جداسازی شبکه اصلی و ارائه مکانیزم‌های امنیتی سفارشی
  • پشتیبانی همزمان محلی و اتصال از راه دور
  • مانیتور کردن ترافیک شبکه و ارائه گزارش‌های آماری
  • تشخیص مشکلات داخلی یا هشداردهی در ارتباط با مشکلاتی که در ارتباط با اتصال وجود دارد.

روترها اغلب با توجه جایگاهی که در شبکه یا اینترنت داشته و پروتکل‌های مسیریابی که از آن‌ها استفاده می‌کنند طبقه‌بندی می‌شوند. از طبقه‌بندی‌های مهمی که پیرامون روترها قرار دارد به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:

  • روترهای اصلی (مرکزی) که به نام روترهای داخلی نیز شهرت دارند و داخل شبکه‌های یک سامانه مستقل مستقر شده‌اند. یک سامانه مستقل به گروهی از شبکه‌های که اغلب روی دامنه یکسانی قرار دارند اطلاق شده و اغلب توسط یک سازمان اداره می‌شوند. یک سامانه مستقل اغلب به یک شبکه قابل اعتماد اشاره دارد، زیرا کل دامنه تحت کنترل یک سازمان قرار دارند. روترهای اصلی فقط با روترهایی که روی همان سامانه مستقل قرار دارند در ارتباط هستند.
  • روترهای لبه یا روترهای مرزی، یک سامانه مستقل را به یک شبکه بیرونی که اغلب یک شبکه غیر قابل اعتماد نامیده می‌شود، متصل می‌کنند. به‌طور مثال، روتری که یک کسب‌وکار را با ISP متصل می‌کند یک روتر لبه نامیده می‌شود.
  • روتر بیرونی اشاره به هر روتری دارد که خارج از یک سامانه مستقل سازمانی قرار دارد. روترهایی که روی ستون فقرات اینترنت قرار دارند از جمله این موارد هستند. گاهی اوقات یک تکنسین ممکن است روتر لبه را به عنوان یک روتر بیرونی در نظر بگیرد، زیرا با روترهای خارج از یک سازمان در ارتباط است، اما در نظر داشته باشید هر روتری که با اینترنت در ارتباط است، روتر لبه  یک سامانه مستقل سازمانی است، حتا اگر سازمان یک شرکت مخابراتی بزرگ باشد که بخشی از ستون فقرات اینترنت را مدیریت می‌کند.

شکل زیر وضعیت سه روتری که به آن‌ها اشاره شد را نشان می‌دهد.

در شبکه‌های محلی کوچک اداری یا خانگی، روترها به سادگی قابل نصب هستند. شما کابل تلفن را به اسپلیتر و کابل شبکه را به روتر و اسپیلیتر متصل کرده، روتر را به کامپیوتر متصل کرده (یا به شکل بی‌سیم به روتر متصل شده)، گذرواژه و نام کاربری که ISP ارائه کرده است را وارد کرده، کامپیوتر و روتر را روشن کرده، روتر را پیکربندی کرده و از برنامه‌های مبتنی بر وب استفاده می‌کنید. با این حال نصب روترهای توان بالای چند پروتکلی در یک شبکه ممکن است به چالشی بزرگ تبدیل شوند. به‌طور معمول، یک مهندس شبکه باید با فناوری‌های مسیریابی آشنایی داشته باشد تا بتواند بهترین راه برای پیکربندی و استقرار یک چنین روترهایی را پیدا کند. اگر به دنبال کسب مهارت در زمینه مدیریت و طراحی یک شبکه هستید، بهتر است تحقیقی مفصل در زمینه انواع روترها و قابلیت‌های آن‌ها انجام دهید.

سوییچ‌های چند لایه

یک سوییچ لایه 3 سوییچی است که قادر به تفسیر داده‌های لایه 3 بوده و عملکرد آن شباهت زیادی به یک روتر دارد. این سوییچ از پروتکل‌های مسیریابی یکسانی با روتر استفاده کرده و قادر به تصمیم‌گیری در ارتباط با انتخاب یک مسیر است. سوییچ‌های لایه 3 به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که با شبکه‌های محلی بزرگ کار کنند، شبیه به کاری که روترهای مرکزی انجام می‌دهند، البته با این تفاوت که سریع‌تر و ارزان‌تر از آن روترها هستند. تفاوت اصلی این سوییچ‌ها در ارتباط با نوع سخت‌افزار به‌کار رفته در آن‌ها است، اما در بیشتر موارد به سختی می‌توانید تفاوتی میان یک سوییچ لایه 3 و یک روتر قائل شوید.

یک سوییچ لایه 4، سوییچی است که که قادر به تفسیر داده‌های لایه 4 است. این سوییچ‌ها در هر جایی میان لایه 4 و لایه  7 کار کرده و همچنین به عنوان سوییچ‌های محتوایی یا سوییچ‌های کاربردی نیز شناخته می‌شوند. توانایی تفسیر داده‌های متعلق به لایه‌های بالاتر به سوییچ‌ها اجازه می‌دهد تا قابلیت‌هایی همچون فیلترسازی پیشرفته، نگه‌داری گزارش‌های آماری و ارائه عملکردهای امنیتی را ارائه کند. ویژگی‌های ارائه شده از سوی سوییچ‌های لایه 3 و لایه 4 به شکل قابل توجهی به تولیدکننده و قیمت این سوییچ‌ها بستگی داشته و در مقایسه با سوییچ‌های لایه 2 ممکن است گران‌تر باشند. این سوییچ‌ها بیشتر به عنوان بخشی از ستون فقرات یک شبکه استفاده شده و برای استفاده در یک شبکه محلی منفرد مناسب نیستند. در حالت کلی، سوییچ‌های لایه 4، لایه 3 و لایه 2 به شکلی بهینه‌سازی شده‌اند که در کمترین زمان ممکن به داده‌های لایه 2 رسیدگی کنند.

جداول مسیریابی

جدول مسیریابی یک بانک‌اطلاعاتی است که حاوی اطلاعاتی درباره مکان میزبان‌ها و راهکار موثری است که این میزبان‌ها می‌توانند با یکدیگر در ارتباط باشند. یک روتر می‌تواند دو یا چند درگاه شبکه داشته باشد و هر پورت به شبکه مختلفی متصل باشد. هر ارتباط شبکه شناسه منحصر به فرد خود را دارد. به لحاظ منطقی یک روتر به شبکه‌ای که به آن متصل شده است تعلق دارد. یک روتر به جدول مسیریابی خود متکی است. جدولی که برای روتر مشخص می‌کند که یک شبکه به چه میزبانی تعلق دارد و کدامیک از نقاط ارتباط‌دهنده روتر برای رسیدن به شبکه مناسب هستند. به‌طور مثال، در شکل زیر فرض کنید که ایستگاه کاری در شبکه محلی A در نظر دارد که سندی را از طریق چاپگر شبکه که در شبکه محلی D قرار دارد چاپ کند. مراحل زیر توضیح می‌دهند که چگونه جداول مسیریابی در این انتقال استفاده می‌شوند:

گام اول، ایستگاه کاری 1 دستور چاپ را برای چاپگر تحت شبکه ارسال می‌کند. پروتکل IP ایستگاه کاری آدرس آی‌پی چاپگر که روی شبکه محلی دیگری که ایستگاه کاری عضو آن نیست را تشخیص داده و دستور چاپ را از طریق سوییچ A برای گیت‌وی پیش‌فرض (روتر A) ارسال می‌کند.

گام دوم، روتر A آدرس آی‌پی مقصد که درون سرآیند بسته قرار دارد را آزمایش کرده، جدول مسیریابی را جست‌وجو کرده و مشخص می‌کند که پیام باید برای چه روتر و مسیریابی ارسال شود. در جدول زیر هر سطری درون جدول مسیریابی به یک مسیر اشاره دارد که این مسیر شامل شبکه مقصد و نحوه رسیدن به شبکه مقصد است. کارهایی که در مرحله دوم انجام می‌شود به شرح زیر هستند:

  • روتر A همه سطرهایی که درون جدول مسیریابی خود دارد را آزمایش می‌کند. در هر ردیف، روتر از اطلاعات دو ستون اول، آدرس آی‌پی شبکه و ماسک شبکه برای محاسبه محدوده آدرس آی‌پی در شبکه استفاده می‌کند.
  • اگر آدرس آی‌پی پیام ارسالی متناسب با محدوده محاسبه شده برای یک مسیر است روتر آدرس آی‌پی گیت‌وی که درون سطر سوم قرار دارد را می‌خواند. این گیت‌وی در اصل روتر بعدی است. روتر همچنین اطلاعات ستون چهارم رابط را برای ارسال پیام می‌خواند.
  • اگر روتر بیش از یک مسیر را پیدا کند از معیارهای مسیریابی (اطلاعاتی درباره هر مسیر) که درون آخرین ستون قرار دارند برای پیدا کردن بهترین مسیر استفاده می‌کند. هرچه تعداد معیارها کوچک‌تر باشد، مسیر بهتر است. اگر در شکل زیر و جدول بالا دقت کنید، دو مسیر برای رسیدن به چاپگری که درون شبکه محلی D قرار دارد وجود دارند. از این دو مسیر، روتر باید مسیری که دارای معیار کمتری است را انتخاب کند.
  • اگر روتر یک ورودی مناسب را پیدا نکند، به آدرس 0.0.0.0 در اولین ستون نگاه می‌کند. این مسیر، مسیر پیش‌فرض است- این مسیر زمانی که هیچ مسیری دیگری در دسترس نباشد استفاده می‌شود.
  • اگر هیچ مسیری تعریف نشده باشد، روتر پیام را رها می‌کند.

معیارهای مسیریابی

رابط

گیت وی

زیرشبکه

شناسه شبکه مقصد

شکستن

فوروارد کردن اطلاعات

تطبیق اطلاعات

1

درگاهی که به سوییچ A اشاره دارد

هیچ (روتر A  که متعلق به شبکه محلی است)

زیرشبکه، شبکه محلی A

آدرس آی‌پی شبکه محلی A

4

درگاهی که به روتر B اشاره دارد

آدرس آی‌پی روتر B

زیرشبکه، شبکه محلی B

آدرس آی‌پی شبکه محلی B

5

درگاهی که به روتر C اشاره دارد

آدرس آی‌پی روتر C

زیرشبکه، شبکه محلی C

آدرس آی‌پی شبکه محلی C

10

درگاهی که به روتر B اشاره دارد

آدرس آی‌پی روترB

زیرشبکه، شبکه محلیD

آدرس آی‌پی شبکه محلی D

5

درگاهی که به روتر C اشاره دارد

آدرس آی‌پی روتر C

زیرشبکه، شبکه محلیD

آدرس آی‌پی شبکه محلی D

23

درگاهی که به روتر B اشاره دارد

آدرس آی‌پی روتر B

زیرشبکه میزبان

آدرس آی‌پی روی اینترنت

3

درگاهی که به روتر B اشاره دارد

آدرس آی‌پی روتر B

0 (هر زیرشبکه‌ای)

0.0.0.0 (هر شبکه‌ای)- این سطر مسیر  پیش‌فرض است

 

در سناریو ما، روتر A دو مسیر را با اطلاعات شبکه محلی D تطابق داده است و بر مبنای معیارهای مسیریابی بهترین مسیر را انتخاب خواهد کرد. روتر A در ادامه تعیین می‌کند که باید پیام را از طریق پورتی که با روتر C در تماس است ارسال کند.

گام سوم، قبل از آن‌که روتر پیام را فوروارد کند، یک واحد از فیلد TTL که درون سرآیند بسته قرار دارد کم رده و سپس پیام را برای روتر C ارسال می‌کند.

گام چهارم، روتر C یک واحد دیگر از سرآیند بسته کم کرده، آدرس آی‌پی مقصد بسته را خوانده، جدول مسیریابی خود را برای مطابقت دادن اطلاعات شبکه جست‌وجو  کرده و مشخص می‌کند که پیام باید برای شبکه محلی D ارسال شود. در ادامه پیام به سوییچ D روی شبکه محلی D ارسال می‌شود.

گام پنجم، با استفاده از جدول ARP، سوییچ D آدرس آی‌پی مقصد را با مک آدرس چاپگر مطابقت می‌دهد. اگر سوییچ D هیچ‌گونه تطابقی میان جدول ARP خودش و آدرس آی‌پی چاپگر تحت شبکه پیدا نکند، برای درخواست مک آدرس چاپگر یک درخواست پیام ARP را به شیوه پخشی ارسال می‌کند. سوییچ D این پیام را به چاپگر تحویل داده، پیام دریافت شده و فرآیند چاپ آغاز می‌شود.

نکته: چه تفاوتی میان یک گیت‌وی پیش‌فرض، مسیر پیش‌فرض و یک گیت‌وی وجود دارد؟

  • بیشتر میزبان‌ها دارای یک گیت‌وی پیش‌فرض هستند که یک روتر یا سوییچ لایه 3 است که همه پیام‌های قابل ارسال از طریق آن عبور می‌کند. میزبان‌ها نمی‌توانند بدون وجود یک گیت‌وی پیش‌فرض با سایر شبکه‌ها در ارتباط باشند.
  • بیشتر روترها دارای یک مسیر پیش‌‌فرض به عنوان مسیر پشتیبان هستند که زمانی که هیج مسیری قابل تعیین نیست از آن استفاده می‌شود.
  • مسیر پیش‌فرض آخرین نقطه‌ای است که گیت‌وی در اختیار دارد. گیت‌وی پیش‌فرض روتر آخرین راه‌حلی است که پیام‌ها از طریق آن می‌توانند روی یک شبکه ارسال شوند، زمانی که روتر از طریق جدول مسیریابی خود قادر به پیدا کردن مسیر نیست.

انواع تکنیک‌های مسیریابی

مسیریابی به دو گروه مسیریابی ایستا و پویا تقسیم می‌شود.

مسیریابی ایستا: یک مدیر شبکه جدول مسیریابی را به گونه‌ای پیکربندی می‌کند تا پیام‌ها در مسیر‌های خاص میان شبکه‌ها مبادله شود. به‌طور مثال، مشترک بودن مسیر ایستا میان یک کسب‌وکار تجاری کوچک و یک ISP کاری رایج است. به این‌حال مسیرهای ایستا به دلیل وجود مشکلات، قطعی ارتباط، جابه‌جایی دستگاه‌ها و.... به شکل خودکار قادر به رفع مشکلات نیستند و به دخالت انسانی برای رفع مشکل نیاز دارند.

مسیریابی پویا: یک روتر به‌طور خودکار بهترین مسیری که میان دو شبکه قرار دارد را محاسبه کرده و اطلاعات جمع‌آوری شده را به درون جدول مسیریابی خود انتقال می‌دهد. اگر تراکم یا خرابی شبکه را تحت تاثیر خود قرار دهند، یک روتر با استفاده از مسیریابی پویا می‌تواند مشکلات را شناسایی کرده و پیام‌ها را از طریق مسیر دیگری انتقال دهد. زمانی که یک روتر به شبکه‌ای اضافه می‌شود، مسیریابی پویا تضمین می‌کند که جداول مسیریابی روتر جدید به‌روز هستند.

فرمان Route

فرمان route به شما اجازه می‌دهد تا جدول مسیریابی میزبان را مشاهده کنید. این فرمان در سیستم‌عامل‌های مختلف به شکل زیر قابل استفاده است:

در لینوکس فرمان route را در پنجره شل وارد کنید.

در ویندوز در پنجره خط فرمان دستور route print را وارد کنید.

IOS سیسکو، show ip route را در حالت محیط CLI وارد کنید.

جدول مسیریابی روی ایستگاه‌های کاری معمولا شامل بیش از چند ورودی منحصر به فرد همچون گیت‌وی پیش‌فرض و آدرس loopback نیست. با این‌حال، جداول مسیریابی در روترهایی که ستون فقرات اینترنت را تشکیل می‌دهند ممکن است صدها هزار ورودی را نگه‌داری کنند.

در شماره آینده آموزش نتورک‌پلاس مبحث مسیریابی را ادامه خواهیم داد.

معرفی آموزشگاه‌های معتبر دوره نتورک پلاس در سراسر کشور

استان تهران (تهران): آموزشگاه عصر شبکه
برگزار كننده دوره‌ها بصورت حضوری و مجازی هم‌زمان 
تلفن: 02188735845           کانال: Asrehshabakeh@
---------------------------------------
استان گیلان (رشت): آموزشگاه  هیوا شبکه 
تلفن: 01333241269           کانال: HivaShabake@

برچسب: