روتر ها چگونه کار می کنند؟

روتر ها چگونه کار می کنند؟

روتر ها چگونه کار می کنند؟: اینترنت به عنوان یکی از بزرگترین وسایل ارتباطی به کاربران اجازه می دهد تا در کسری از ثانیه از سراسر دنیا برای یکدیگر ایمیل بفرستند و به راحتی از بین میلیون ها مطلب مختلف به مطالعه مقالات مورد نظر بپردازند. مطمئنا شما بارها با موضوعات مختلفی از قبیل صفحات وب ، ایمیل ها و فایل ها که از طریق اینترنت ارسال می شوند مواجه شده اید. موارد فوق باعث شده اند تا اینترنت تبدیل به یک رسانه فعال و ارزشمند شود. اما هیچ یک از فعالیت های مذکور بدون Router امکان پذیر نخواهد بود. در واقع تمام هستی شبکه به وجود این وسیله سخت افزاری روتر بستگی دارد و این در حالی است که اکثر کسانیکه از اینترنت استفاده می کنند تا به حال از نزدیک با روتر روبرو نشده اند یا حتی اسمی از آن نشنیده اند. روترها کامپیوترهای تخصصی هستند که پیغام های شما و دیگر کاربران را برای رسیدن به مقصد از بین هزاران مسیر ، بهترین مسیر را انتخاب و ارسال نامه را تسریع می بخشند. در این مقاله ، سعی شده است با ارائه چند مثال عملی کاربردها و وظایف روتر را بصورت کلی بیان کنیم و ببینیم که روترها چگونه در پشت صحنه اینترنت به فعالیت مشغول می باشند (روتر ها چگونه کار می کنند؟).

انواع روتر از نظر کارایی

 روترها قسمت های اصلی اینترنت را تشکیل می دهند که قادرند بسته های اطلاعاتی را از نو بازسازی کرده و اطلاعات آنها را مورد بررسی قرار داده و یکدیگر ( یعنی روترهای همسایه ) را در جریان شرایط مسیر قرار دهند. این شرایط می توانند مواردی باشند از قبیل: تاخیر در دریافت یا ارسال بسته و وضعیت ترافیک در قسمت های مختلف شبکه (روتر ها چگونه کار می کنند؟).

وظایف روترها در رده های مختلف یکسان نیستند به همین خاطر روترها دارای اندازه های مختلفی می باشند به عنوان مثال:

• اگر بین دو سیستم عامل Windows XP گزینه Internet Connection Sharing را فعال سازید ، یکی از آن دو به عنوان روتر ساده شروع به کار می کند که در این حالت روتر کار بسیار ساه ای انجام می دهد یعنی برای تعیین مقصد ، دیتا را مورد بررسی قرار می دهد. این کار در پس زمینه سیستم اتفاق می افتد بدون اینکه سایر برنامه های در حال اجرا را تحت تاثیر قرار دهد به عبارت دیگر یک نوع روتر نرم افزاری است.

• روترهایی که برای اتصال یک شبکه کوچک اداری به اینترنت مورد استفاده قرار میگیرند  بسیار متفاوتند و کار بیشتری انجام می دهند. این روترها قوانین امنیتی را برای شبکه اعمال می کنند ( سعی دارند تا شبکه را از حملات خاص مصون نگه دارند ) همچنین آنها می توانند ترافیک را هدایت کنند. این روترها عموماً قطعات مستقلی هستند که بدون وابستگی به سیستم عامل سرور در شبکه مشغول   به کار می باشند.

• دسته دیگری از روترها بزرگ تر می باشند که در نقاط ویژه ترافیکی مشغول به جابجایی دیتا بوده و در یک لحظه میلیون ها بسته اطلاعاتی را جابجا می کنند و     به صورت موثرتری شبکه را مرتب می سازند. این روترها وجوه مشترک زیادی با ابرکامپیوترها دارند (روتر ها چگونه کار می کنند؟).

آشنائی با عناصر داخلی روتر

روتر یکی از دستگاه های شبکه ای مهم و حیاتی است که از آن در شبکه های LAN و WAN استفاده می گردد . روترها تاکنون در مدل های متفاوت و  با معماری مختلف طراحی ، تولید و عرضه شده اند . در این مطلب با عناصر اصلی داخلی یک روتر  آشنا خواهیم شد .

 عناصر داخلی روتر

پردازنده ( CPU ) : پردازنده مسئولیت اجرای دستورالعمل ها در سیستم عامل را برعهده دارد . مقداردهی اولیه سیستم ، عملیات روتینگ و کنترل اینترفیس شبکه از جمله وظایف یک پردازنده می باشد . CPU ،‌ یک ریزپردازنده است و در روترهای بزرگ ممکن است از چندین پردازنده استفاده گردد (روتر ها چگونه کار می کنند؟).

حافظه اصلی ( RAM ) : از حافظه فوق به منظور ذخیره اطلاعات جدول روتینگ ، صف های بسته های اطلاعاتی ، اجراء پیکربندی و cache سوئیچینگ سریع استفاده می‌گردد . در اکثر روترها ، حافظه RAM فضای زمان اجراء برای نرم افزار IOS  و زیر سیستم های مربوطه را فراهم می نماید . حافظه RAM منطقا” به دو بخش حافظه پردازنده اصلی  و حافظه ورودی و خروجی مشترک تقسیم می گردد .  از حافظه ورودی و خروجی مشترک ( Shared I/O ) توسط اینترفیس ها و به منظور  ذخیره  موقت بسته های‌ اطلاعاتی استفاده می گردد. با توجه به تکنولوژی استفاده شده در ساخت اینگونه حافظه ها ، پس از خاموش کردن و یا راه اندازی مجدد روتر اطلاعات موجود در حافطه RAM حذف می گردد . حافظه های فوق معمولا” از نوع DRAM ( حافظه RAM پویا ) بوده و می توان با افزودن ماژول های DIMMs ظرفیت آنان را تغییر و افزایش داد .

حافظه فلش ( Flash ) : از این نوع حافظه ها  به منظور ذخیره نسخه کامل نرم افزار IOS استفاده می‌ گردد . روتر، معمولا” IOS پیش فرض خود را از  حافظه فلش دریافت می نماید . با توجه به تکنولوژی استفاده شده در ساخت اینگونه حافظه ها ، همواره می توان نرم افزار ذخیره شده درون آنان را ارتقاء و با یک نسخه جدید جایگزین نمود . IOS ممکن است به صورت فشرده و یا معمولی ذخیره شده باشد . در اکثر روترها یک نسخه اجرائی از IOS در زمان راه اندازی روتر به حافظه RAM  انتقال می یابد . در سایر روترها ،  IOS ممکن است مستقیما” از طریق حافظه فلش اجراء گردد . با افزودن و یا تعویض ماژول های SIMMs و یا کارت های PCMCIA می‌ توان ظرفیت حافظه فلش را ارتقاء داد (روتر ها چگونه کار می کنند؟).

حافظه NVRAM : از این نوع حافظه های غیر فرار به منظور ذخیره پیکربندی راه اندازی روتر استفاده می گردد . در برخی دستگاه ها ، NVRAM بر اساس تکنولوژی EEPROMs  و  در سایر دستگاه ها به صورت حافظه های فلش پیاده سازی می گردد. اطلاعات موجود در  NVRAM  پس از خاموش شدن و یا راه اندازی مجدد روتر از بین نخواهند رفت .

گذرگاه ها ( Buses ) : اکثر روترها شامل یک گذرگاه سیستم و یک گذرگاه پردازنده می‌باشند . از گذرگاه سیستم به منظور مبادله اطلاعات بین پردازنده و اینترفیس ها و یا تجهیزات جانبی نصب شده در یکی از اسلات های سیستم ، استفاده می گردد . گذرگاه فوق مسئولیت مبادله  بسته های اطلاعاتی به اینترفیس ها را برعهده دارد ( دریافت و ارسال ).
گذرگاه  پردازنده توسط پردازنده و به منظور دستیابی عناصر از طریق حافظه اصلی روتر استفاده می گردد. این گذرگاه مسئولیت مبادله دستورالعمل ها و داده به یک  آدرس خاص از حافظه را برعهده دارد ( ذخیره و بازیابی ).

حافظه ROM : از این نوع حافظه به منظور ذخیره دائم کد اشکال زدائی راه انداز ( ROM Monitor ) استفاده می‌گردد . مهمترین وظیفه حافظه ROM ، تست و عیب یابی سخت افزار در زمان راه اندازی روتر و استقرار نرم افزار IOS از حافظه فلش  به درون حافظه RAM می‌باشد . برخی روترها دارای یک نسخه خاص و سبک تر  از  IOS می باشند  که می توان  از آن به عنوان یک گزینه و منبع  جایگزین  در زمان راه اندازی روتر استفاده نمود .اطلاعات موجود در اینگونه حافظه ها را نمی توان حذف نمود و در صورت نیاز به ارتقاء ، می‌بایست تراشه مربوطه را تعویض نمود .

اینترفیس ها : اینترفیس ها مسئولیت اتصالات روتر به دنیای خارج را برعهده داشته و  می توان آنان را به سه گروه عمده تقسیم نمود :
اینترفیس های مختص شبکه محلی :  این نوع اینترفیس ها معمولا” یکی از گزینه های متفاوت اترنت و یا Token Ring می باشند . اینترفیس های فوق دارای تراشه های کنترلی خاصی می باشند که منطق لازم برای اتصال سیستم به محیط انتقال را ارائه می نمایند . پیکربندی اینترفیس های فوق ممکن است به صورت ثابت و یا  ماژولار ( پیمانه ای و قابل افزایش با توجه به نیاز ) باشد .
اینترفیس های مختص شبکه WAN  : شامل  اینترفیس های سریال  ، ISDN  و CSUs ( برگرفته از Channel Service Unit ) می باشد. همانند اینترفیس شبکه های محلی ، این نوع اینترفیس ها نیز دارای تراشه های کنترلی خاصی می باشند که منطق لازم برای اتصال سیستم به محیط انتقال را ارائه می نمایند . پیکربندی اینترفیس های فوق ممکن است به صورت ثابت و یا  ماژولار باشد .
اینترفیس  های کنسول و کمکی : این نوع اینترفیس ها ، پورت های سریالی می باشند که از آنان جهت پیکربندی اولیه روتر استفاده می گردد . پورت های فوق را نمی توان به عنوان پورت های شبکه در نظر گرفت و از آنان  صرفا” جهت برقراری ارتباط از طریق پورت های ارتباطی کامپیوتر و یا مودم استفاده بعمل می آید (روتر ها چگونه کار می کنند؟).

منبع تغذیه : منبع تغذیه توان لازم برای عملکرد صحیح عناصر داخلی روتر را تامین می نماید . روترهای بزرگ ممکن است دارای چندین منبع تغذیه باشند . در روترهای کوچک منبع تغذیه ممکن است به صورت External باشد .

محل نصب عناصر داخلی درون روتر
برای استفاده از روتر لازم نیست که با محل نصب عناصر اشاره شده درون روتر آشنا باشیم ولی در برخی موارد نظیر ارتقاء حافظه این موضوع می تواند ضرورت خاص خود را داشته باشد .
نوع عناصر و محل نصب آنان در روترها با توجه به مدل آنان می تواند متفاوت و متغیر باشد . شکل زیر عناصر اصلی داخلی در یک روتر 2600 را نشان می دهد .

عناصر اصلی داخلی روتر 2600 ( منبع : سایت سیسکو )

شکل زیر برخی کانکتورهای خارجی یک روتر 2600 را نشان می دهد .

کانکتورهای خارجی روتر 2600  ( منبع : سایت سیسکو )

مهمترین ویژگی های یک روتر :

 روترها دستگاههای لایه سوم ( مدل مرجع OSI ) می باشند .

روترها مادامیکه برنامه ریزی نگردند ، امکان توزیع داده را نخواهند داشت .

اکثر روترهای مهم دارای سیستم عامل اختصاصی خاص خود می باشند .

روترها از پروتکل های خاصی به منظور مبادله اطلاعات ضروری خود ( منظور داده نیست ) ، استفاده می نمایند (روتر ها چگونه کار می کنند؟).

نحوه عملکرد یک روتر در اینترنت : مسیر ایجاد شده برای انجام مبادله اطلاعاتی بین سرویس گیرنده و سرویس دهنده در تمامی مدت زمان انجام تراکش ثابت و یکسان نبوده و متناسب با وضعیت ترافیک موجود و در دسترس بودن مسیر ، تغییر می نماید .