پاورپوینت مسیریابی و نقش روترها در شبکه

روترها وظیفه دارند تا داده ها را بین شبکه های مختلف مسیریابی و منتقل کنند. اگر ما فقط یک شبکه داشته باشیم که در یک محدوده و رنج IP فعالیت می ­کند، و اگر فعالیت کاربران در درون شبکه باشد و با خارج از شبکه ارتباطی صورت نگیرد، نیازی به استفاده از روتر نیست.
روتر دستگاهی سخت افزاری است اما می توان با بعضی از نرم افزارها، کارکرد روتر فیزیکی را شبیه سازی کرد. تفاوت روترهای سخت افزاری و نرم افزاری این است که روترهای نرم افزاری، توان و پایداری روتر های سخت افزاری را ندارند.
روتر چیست؟

مسیریاب یا روتر همانطور که از نامش پیداست وظیفه مسیر دهی به بسته های دیتا را از مبدا به مقصد به عهده دارد. روترها در مدل osi در لایه سوم شبکه یا همان network کار می کنند. لایه نتورک قلب یک شبکه است. روترها گاهی دو شبکه محلی را به هم وصل می کنند (LAN 2 LAN) و گاهی بین یک شبکه گسترده و شبکه محلی (LAN 2 WAN) قرار داده می شوند.
روتر در کدام لایه شبکه کار می کند؟

روتر چگونه کار می کند؟

نحوه کارکرد روتر بر اساس مدل osi در لایه سوم (Network) قرار دارد. روترها در داخل خود یک جدول مسیر یابی یا Routing Table دارند که بر اساس این جدول می توانند بسته ها را بین شبکه ها رد و بدل کنند. تصویری که مشاهده می­ کنید یک جدول مسیریابی است که در آن اطلاعاتی مانند، آدرس شبکه های موجود، اولویت مسیر ها (Metric) و روتر بعدی (Next hop) بیان شده است.

دو دستگاه پرکاربرد در بخش اکتیو شبکه، سوییچ و روتر است. همانطور که در سوییچ شبکه چیست اشاره شده، سوییچ ها در شبکه وظیفه دارند تا بسته ها را درون یک شبکه جا­به ­جا کنند که به این فرآیند سوییچینگ گفته می­ شود. اما سوییچ ها توانایی این را ندارند که بسته ها را بین شبکه های دیگر تبادل کنند. آنها می توانند درون یک Broadcast Domain داده ها را انتقال دهند. (البته سوئیچ های لایه سه می توانند کار مسیریابی را انجام دهند.)
هر شبکه بر اساس نوع ساختار و طراحی که دارد شامل محدوده ای از IP ها است، به هر رنج IP در شبکه Broadcast Domain گفته می شود.

تفاوت سوییچ با روتر

معمولا روتر و مودم به اشتباه با یکدیگر یکسان فرض می شوند، در صورتی که این دو کارکرد کاملاً متفاوتی دارند. مودم در شبکه وظیفه دارد تا داده ها را به سمت ISP (سرویس دهنده اینترنت) بفرستد و همچنین داده هایی را از سوی ISP دریافت کند. مودم (Modem) مخفف کلمه های Modulator/Demodulator است و برای اینکه بتواند سیگنال های دیجیتالی را که از کامپیوتر دریافت می کند روی خط تلفن ارسال کند، آنها را به سیگنال های آنالوگ تبدیل می­ کند و دقیقاً برعکس همین فرآیند در مراکز ارائه دهنده اینترنت صورت می­ گیرد یعنی سیگنال دیجیتال به سیگنال آنالوگ تبدیل می شود
تفاوت روتر با مودم چیست؟ آیا روتر همان مودم است؟

مودم های ADSL خانگی هم سوییچ و روتر هستند و هم مودم. نام اصلی این دستگاه مودم روتر است. این دستگاه ها چند پورت Rj45 دارند که به کامپیوتر ها متصل می شود و یک پورت Rj11 یا همان سوکت تلفن دارد که کابل تلفن به آن وصل می شود. این دستگاه یک روتر داخلی دارد که ارتباط بین شبکه محلی شما و شبکه اینترنت را برقرار و مسیریابی می کند. مودم داخلی این دستگاه ها سیگنال های دیجیتال کامپیوتر و سیگنال های آنالوگ را به هم تبدیل می­ کند.

مودم بخریم یا روتر؟

روتر ارتباط بین دو شبکه را برقرار می کند مثلا شبکه Lan محل کار شما و شبکه اینترنت، دو شبکه کاملاً مجزا هستند و برای اینکه بتوانید به شبکه اینترنت متصل شوید نیاز به روتر و مودم دارید. بدین صورت که یک کابل از مودم به روتر متصل می شود و حالا می ­توانید کابل شبکه کامپیوتر خود را مستقیم به روتر وصل کنید یا اینکه یک کابل از روتر به سوییچ شبکه متصل کنید تا سیستم های بیشتری بتوانند از اینترنت استفاده کنند.

نحوه استفاده از روتر

روتر تی پی لینک
روتر تی پی لینک ساخت کشور چین و مقرون به صرفه، یکی از بهترین دستگاه های مربوط به شبکه می باشد. TP-Link Archer C3200 یک روتر عالی است که شش آنتن دارد و حداکثر از سه شبکه بی سیم پشتیبانی میکند.
 
روتر سیسکو
یکی از قوی ترین برندهای تولیدکننده تجهیزات مربوط به شبکه، سیسکو می باشد. امروز Router یا مسیریاب سیسکو یکی از پر قدرت ترین و مدرن ترین روترها در دنیا شناخته می شود.
 
روتر میکروتیک
روتر میکروتیک یکی از برندهای طراحی و تولید تجهیزات شبکه است. Router میتروتیک به دلیل داشتن قیمت مناسب و کارکرد مطلوب امروز در سراسر دنیا مورد استفاده قرار می گیرد.

برندهای پیشنهادی روتر؟

یک روتر همواره با یک مسیر پیش فرض پیکربندی شده است. مسیر پیش فرض به روتر اعلام می کند که در صورت عدم وجود هیچ مسیر خاصی برای یک مقصد خاص، بسته های داده را باید به کجا ارسال کند. در حالتی که چندین مسیر برای رسیدن به مقصد یکسان وجود داشته باشند، روتر می تواند بر اساس اطلاعاتی مانند تعداد Hop، پهنای باند، Metric، طول Prefix و تاخیر تصمیم گیری کند.

اغلب ترافیک روی اینترنت و اینترانت ها به صورت داده های Unicast یا ترافیک Unicast هستند که با مقصد خاصی ارسال می شوند. مسیریابی داده های Unicast روی اینترنت به نام مسیریابی Unicast شناخته می شود. این ساده ترین شکل از مسیریابی است، زیرا مقصد از قبل شناخته شده است. بدین ترتیب کافی است روتر اقدام به بررسی جدول مسیریابی کرده و بسته را به hop بعدی ارسال کند.
مسیریابی Unicast

بسته های Broadcast به صورت پیش فرض از سوی مسیریاب های روی شبکه، مسیریابی یا فوروارد نمی شوند. روترها دامنه های Broadcast ایجاد می کنند، اما آن را می توان طوری پیکربندی کرد که Broadcast-ها را در حالت های خاص فوروارد کند. یک پیام Broadcast به همه دستگاه های شبکه انتشار می یابد.
مسیریابی Broadcast به دو روش (الگوریتم) اجرا می شود:
یک روتر بسته های داده ای را ایجاد و سپس آن را به صورت یک به یک به هر کدام از میزبان ها ارسال می کند. در این حالت، روتر چندین کپی از بسته های منفرد داده ها با آدرس های مقصد متفاوت ایجاد می کند. همه بسته ها به صورت Unicast ارسال می شوند، اما از آنجا که به همه ارسال می شوند، طوری شبیه سازی می شوند که گویی روتر در حال Broadcast کردن است. این روش پهنای باند زیادی مصرف می کند و روتر باید آدرس هر گره را بداند.
در وهله دوم، زمانی که روتر یک بسته داده را که Broadcast شده دریافت می کند، آن ها را به همه اینترفیس ها ارسال می کند. همه مسیریاب به همین ترتیب پیکربندی می شوند.

مسیریابی Broadcast

مسیریابی Multicast حالت خاصی از مسیریابی Broadcast است که البته تفاوت ها و چالش های مهمی دارد. در مسیریابی Broadcast، بسته های داده به همه گره ها ارسال می شوند، حتی اگر آن را نخواهند. اما در مسیریابی Multicast، داده ها صرفاً به گره هایی ارسال می شوند که خواستار دریافت بسته ها هستند.
روتر باید بداند گره هایی وجود دارند که انتظار دریافت بسته ها (یا استریم) Multicast را دارند و فقط به آن ها فوروارد کند. مسیریابی Multicast در پروتکل درخت پوشا کار می کند تا از ایجاد حلقه جلوگیری کند.
مسیریابی Multicast از تکنیک فوروارد کردن مسیر معکوس نیز استفاده می کند که برای شناسایی و رد کردن موارد تکراری و حلقه ها کاربرد دارد.

مسیریابی Multicast

فوروارد کردن بسته Anycast سازوکاری است که در آن چند میزبان می توانند آدرس منطقی یکسانی داشته باشند، بسته ای که برای این آدرس منطقی ارسال شده است، به میزبانی ارسال خواهد شد که در توپولوژی مسیریابی در نزدیک ترین فاصله قرار دارد.
مسیریابی Anycast به کمک سرور DNS اجرا می شود. هر زمان که یک بسته دریافت می شود از DNS پرس وجو می شود که باید به کجا ارسال شود. در این حالت، DNS آن آدرس IP را که نزدیک ترین IP پیکربندی شده روی آن قرار دارد ارائه می کند.

مسیریابی Anycast

دو نوع پروتکل مسیریابی برای مسیریابی بسته های Unicast وجود دارد که یکی پروتکل مسیریابی بُردار مسافت و دیگری پروتکل مسیریابی حالت لینک است.
پروتکل مسیریابی بردار مسافت: «بردار مسافت» (Distance Vector) یک پروتکل مسیریابی ساده است که تصمیم مسیریابی را روی چند hop بین مبدا و مقصد اتخاذ می کند. یک مسیر با تعداد کمتر hop به عنوان بهترین مسیر تصور می شود. هر روتر مجموعه بهترین مسیرهای خود را به روترهای دیگر اطلاع می دهد. در نهایت همه روترها توپولوژی شبکه خود را بر مبنای این اطلاع رسانی مسیرهای جفت هایشان می سازند. نمونه ای از این نوع پروتکل، به نام پروتکل اطلاعات مسیریابی (RIP) شناخته می شود.
پروتکل مسیریابی حالت لینک: پروتکل حالت لینک پروتکل نسبتاً پیچیده تری نسبت به بردار مسافت است. این پروتکل دو حالت لینک ها را برای همه مسیرها در یک شبکه می گیرد. این تکنیک به مسیرها کمک می کند که یک گراف مشترک از کل شبکه به دست آورند. همه روترها بهترین مسیر خود را به منظور مسیریابی برآورد می کنند. برای نمونه پروتکل «اول کوتاه ترین مسیر باز» (Open Shortest Path First) به اختصار OSPF و همچنین پروتکل «سیستم میانجی به سیستم میانجی» (Intermediate System to Intermediate System) با اختصار ISIS دو مورد از این نوع پروتکل ها محسوب می شوند.

پروتکل های مسیریابی Unicast

پروتکل های مسیریابی Multicast از گراف ها استفاده می کنند، در حالی که پروتکل های مسیریابی Multicast از درخت ها استفاده می کنند یعنی برای اجتناب از حلقه یک درخت پوشا تشکیل می دهند. درخت بهینه به نام درخت پوشای کوتاه ترین مسیر شناخته می شود.
DVMRP – مسیریابی Multicast بردار مسافت
MOSPF – ابتدا کوتاه ترین مسیر باز
CBT – درخت مبتنی بر هسته
PIM – حالت Multicast مستقل از پروتکل
مورد اخیر یعنی Multicast مستقل از پروتکل، در حال حاضر بیشترین کاربرد را دارد و دارای دو گونه است:
حالت Dense Mode: در این حالت از درخت های مبتنی بر مبدا استفاده می شود و در محیط های فشرده ای مانند LAN استفاده می شود.
حالت PIM Sparse: این حالت از درخت های مشترک استفاده می کند و در محیط های پراکنده مانند WAN مورد استفاده قرار می گیرد.

پروتکل های مسیریابی Multicast

الگوریتم های مسیریابی به شرح زیر هستند.
Flooding
Flooding ساده ترین روش فوروارد کردن بسته محسوب می شود. زمانی که یک بسته دریافت می شود، روترها آن را به همه اینترفیس ها به جز آن که از آن دریافت کرده اند، ارسال می کنند. این کار فشار بسیار زیادی روی شبکه وارد می کند و بسته های تکراری زیادی در شبکه پراکنده می شوند.
می توان از پارامتر «زمان حیات» (TTL) برای اجتناب از تشکیل حلقه های نامتناهی از سوی بسته ها استفاده کرد. رویکرد دیگری نیز برای Flooding وجود دارد که Flooding گزینشی نام دارد و موجب کاهش سربار شبکه می شود. در این روش، روتر بسته را به همه اینترفیس ها ارسال نمی کند، بلکه تعداد منتخبی از آن ها را هدف می گیرد.

الگوریتم های مسیریابی

تصمیم مسیریابی در شبکه ها به طور عمده بر مبنای هزینه بین مبدا و مقصد اتخاذ می شود. تعداد hop نقش عمده ای در این فرایند دارد. «کوتاه ترین مسیر»، تکنیکی است که در آن از الگوریتم های مختلف برای تصمیم گیری در مورد مسیر با کمترین تعداد hop استفاده می شود.
رایج ترین الگوریتم های کوتاه ترین مسیر به شرح زیر هستند:
الگوریتم «دکسترا» (Dijkstra)
الگوریتم «بلمن فورد» (Bellman Ford)
الگوریتم «فلوید وارشال» (Floyd Warshall)

کوتاه ترین مسیر