مفهوم روتر و نحوه کار آن

روتر (Router) یک دستگاه شبکه‌ای است که وظیفه آن ارسال و هدایت داده‌ها بین شبکه‌های مختلف است. روترها نقش کلیدی در اتصال شبکه‌های محلی (LAN) به شبکه‌های گسترده‌تر (مانند اینترنت) دارند و به عنوان یک گره مرکزی عمل می‌کنند که داده‌ها را به مقصدهای مناسب هدایت می‌کند.

کاربردهای روتر:

• اتصال به اینترنت: روترها معمولاً در خانه‌ها و دفاتر برای اتصال دستگاه‌های مختلف به اینترنت استفاده می‌شوند. روتر داده‌ها را از دستگاه‌های محلی می‌گیرد و به شبکه جهانی اینترنت هدایت می‌کند.
• ارتباط بین شبکه‌های محلی: در سازمان‌ها و کسب‌وکارها، روترها برای اتصال چندین شبکه محلی (مانند شبکه‌های دفاتر مختلف) به یکدیگر و ایجاد ارتباط بین آنها استفاده می‌شوند.

نحوه کار روتر:

1. اتصال به شبکه‌های مختلف:
   روترها معمولاً چندین پورت ورودی و خروجی دارند که به شبکه‌های مختلف متصل می‌شوند. این شبکه‌ها می‌توانند شبکه‌های محلی (LAN) مانند خانه‌ها یا دفاتر، یا شبکه‌های گسترده‌تر مانند اینترنت باشند.
2. هدایت بسته‌های داده:
   هر زمان که دستگاهی در یک شبکه داده‌ای (مانند یک ایمیل یا یک درخواست وب) را ارسال می‌کند، داده‌ها به واحدهای کوچک‌تری به نام “بسته” تقسیم می‌شوند. این بسته‌ها شامل اطلاعاتی هستند که مشخص می‌کنند از کجا آمده‌اند و به کجا باید بروند.
3. جدول مسیریابی:
   روترها از یک جدول مسیریابی (Routing Table) استفاده می‌کنند که حاوی اطلاعات مربوط به شبکه‌های مختلف و مسیرهای بهینه برای رسیدن به آنها است. روترها با استفاده از این جدول‌ها تصمیم می‌گیرند که بسته‌ها را به کدام مسیر بفرستند تا به مقصد خود برسند.
4. پروتکل‌های مسیریابی:
   برای اینکه روتر بتواند تصمیم‌گیری درستی در مورد مسیر داده‌ها انجام دهد، از پروتکل‌های مسیریابی (Routing Protocols) استفاده می‌کند. این پروتکل‌ها به روترها کمک می‌کنند تا اطلاعات مربوط به شبکه‌های متصل را با یکدیگر به اشتراک بگذارند و بهترین مسیر را برای ارسال داده‌ها انتخاب کنند. از جمله پروتکل‌های رایج می‌توان به OSPF (Open Shortest Path First) و BGP (Border Gateway Protocol) اشاره کرد.
5. فیلتر کردن ترافیک:
   روترها علاوه بر هدایت داده‌ها، می‌توانند ترافیک شبکه را بر اساس قوانین مشخص شده فیلتر کنند. این قابلیت معمولاً به عنوان بخشی از امنیت شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرد، مانند جلوگیری از دسترسی‌های غیرمجاز به شبکه.
6. ترجمه آدرس شبکه (NAT):
   بسیاری از روترهای خانگی و اداری از NAT (Network Address Translation) استفاده می‌کنند. NAT به روتر امکان می‌دهد تا چندین دستگاه با آدرس‌های IP خصوصی را به یک آدرس IP عمومی متصل کند، که این امر برای استفاده از اینترنت مفید است.

نحوه ارسال پيام

ارسال پیام در روترهای شبکه شامل فرآیندی است که طی آن بسته‌های داده از یک شبکه به شبکه دیگر هدایت می‌شوند تا به مقصد نهایی خود برسند. روترها برای انجام این کار از چندین مرحله و تکنیک مختلف استفاده می‌کنند.

مراحل ارسال پیام در روترهای شبکه:

1. تقسیم پیام به بسته‌ها: هر پیام یا داده‌ای که از طریق شبکه ارسال می‌شود، به واحدهای کوچکتری به نام “بسته‌های داده” (Data Packets) تقسیم می‌شود. هر بسته شامل بخشی از داده‌های اصلی و اطلاعاتی مانند آدرس مبدا و مقصد، شماره بسته، و سایر اطلاعات کنترلی است.
2. دریافت بسته در روتر: زمانی که بسته‌ها به روتر می‌رسند، روتر آنها را بررسی کرده و بر اساس آدرس مقصد موجود در بسته‌ها، تصمیم‌گیری می‌کند که به کدام مسیر ارسال شوند. روتر با استفاده از آدرس‌های IP موجود در بسته، بررسی می‌کند که مقصد نهایی بسته‌ها کجاست.
3. جدول مسیریابی (Routing Table): روترها دارای یک جدول مسیریابی هستند که شامل اطلاعات مربوط به شبکه‌های مختلف و مسیرهای بهینه برای ارسال بسته‌ها است. روتر از این جدول استفاده می‌کند تا بسته‌ها را به شبکه مناسب هدایت کند. هر روتر جدول مسیریابی خود را دارد و بسته‌ها را به روتر بعدی در مسیر هدایت می‌کند تا به مقصد برسند.
4. پروتکل‌های مسیریابی: روترها از پروتکل‌های مسیریابی استفاده می‌کنند تا اطلاعات مسیریابی را بین یکدیگر به اشتراک بگذارند و بهترین مسیر برای ارسال بسته‌ها را انتخاب کنند. پروتکل‌های مسیریابی می‌توانند به صورت پویا عمل کنند و در صورت تغییرات در شبکه، مسیرها را به روز کنند. پروتکل‌های متداول شامل:
   • RIP (Routing Information Protocol): یک پروتکل ساده که تعداد روترهای میانجی بین مبدا و مقصد را محاسبه می‌کند.
   • OSPF (Open Shortest Path First): بر اساس کمترین هزینه و سریع‌ترین مسیر برای ارسال بسته‌ها تصمیم‌گیری می‌کند.
   • BGP (Border Gateway Protocol): برای مسیریابی بسته‌ها در شبکه‌های بزرگ مانند اینترنت استفاده می‌شود.
5. هدایت بسته به شبکه بعدی: پس از تصمیم‌گیری در مورد مسیر بسته‌ها، روتر بسته‌ها را از طریق یکی از پورت‌های خروجی خود به شبکه بعدی ارسال می‌کند. این فرآیند در هر روتر از مسیر تکرار می‌شود تا بسته‌ها به مقصد نهایی برسند.
6. ترجمه آدرس شبکه (NAT): بسیاری از روترها، به‌ویژه روترهای خانگی، از تکنیکی به نام NAT (Network Address Translation) استفاده می‌کنند. این تکنیک به روتر امکان می‌دهد تا چندین دستگاه محلی که دارای آدرس‌های IP خصوصی هستند را به یک آدرس IP عمومی برای ارتباط با اینترنت متصل کند. این فرآیند در هنگام ارسال بسته‌های داده به شبکه خارجی انجام می‌شود.
7. رسیدن بسته‌ها به مقصد: زمانی که بسته‌ها به روتر نهایی و سپس به دستگاه مقصد می‌رسند، این بسته‌ها دوباره به پیام اصلی تبدیل می‌شوند. اگر بسته‌ها به ترتیب نرسیده باشند، دستگاه مقصد از اطلاعات موجود در هر بسته برای مرتب‌سازی آنها استفاده می‌کند.

روترها بسته‌های داده را با استفاده از اطلاعات مسیریابی، آدرس‌های IP، و پروتکل‌های مسیریابی هدایت می‌کنند. این بسته‌ها از طریق شبکه‌های مختلف و روترهای میانجی منتقل می‌شوند تا به مقصد نهایی برسند. روترها با استفاده از جدول‌های مسیریابی و پروتکل‌های خاص، بهترین و سریع‌ترین مسیر را برای ارسال بسته‌ها انتخاب می‌کنند.

آگاهی از مقصد يک پيام

برای اینکه روتر بتواند مقصد یک پیام (بسته داده) را تشخیص دهد و آن را به درستی هدایت کند، از چندین تکنیک و پروتکل استفاده می‌شود. مهم‌ترین قسمت این فرآیند، آدرس IP مقصد است که در هدر هر بسته داده قرار دارد. روتر با استفاده از این اطلاعات و جدول‌های مسیریابی خود، تصمیم‌گیری می‌کند که بسته را به کدام مسیر ارسال کند.

مراحل آگاهی روتر از مقصد یک پیام:

1. آدرس IP مقصد در بسته داده: هر بسته داده در شبکه دارای هدر (header) است که شامل اطلاعات مهمی مانند آدرس IP مبدا و آدرس IP مقصد است. این آدرس‌ها به صورت منحصر به فرد شناسایی کننده دستگاه‌های ارسال‌کننده و دریافت‌کننده در شبکه هستند. زمانی که بسته به روتر می‌رسد، روتر این هدر را می‌خواند تا آدرس IP مقصد را استخراج کند.
2. جستجو در جدول مسیریابی: پس از دریافت بسته و استخراج آدرس IP مقصد، روتر از جدول مسیریابی (Routing Table) خود استفاده می‌کند تا بفهمد برای رسیدن به آن مقصد چه مسیری مناسب است. جدول مسیریابی شامل موارد زیر است:
   • مقصد‌های شبکه: این بخش از جدول شامل آدرس‌های IP شبکه‌هایی است که روتر می‌تواند به آنها دسترسی داشته باشد.
   • مسیریاب‌های بعدی (Next Hop): این فیلد مشخص می‌کند که بسته باید به کدام روتر بعدی ارسال شود تا به مقصد نهایی برسد.
   • رابط خروجی (Outgoing Interface): این بخش از جدول مسیریابی مشخص می‌کند که بسته باید از کدام پورت یا رابط خروجی روتر ارسال شود.
3. پروتکل‌های مسیریابی: روترها از پروتکل‌های مسیریابی استفاده می‌کنند تا اطلاعات مسیرها را به‌روز و دقیق نگه دارند. این پروتکل‌ها به روترها امکان می‌دهند تا تغییرات در شبکه (مانند قطع ارتباط یا اضافه شدن یک مسیر جدید) را مدیریت کنند. پروتکل‌های رایج مسیریابی شامل:
   • RIP (Routing Information Protocol): از تعداد روترهای میانجی (Hop Count) برای تعیین کوتاه‌ترین مسیر استفاده می‌کند.
   • OSPF (Open Shortest Path First): بر اساس معیارهایی مانند پهنای باند و تأخیر، کوتاه‌ترین مسیر را انتخاب می‌کند.
   • BGP (Border Gateway Protocol): برای مسیریابی بسته‌ها در سطح اینترنت استفاده می‌شود و شبکه‌های بزرگ را مدیریت می‌کند.
4. الگوریتم‌های مسیریابی: روتر از الگوریتم‌های مختلفی برای انتخاب بهترین مسیر استفاده می‌کند. یکی از این الگوریتم‌ها، الگوریتم کمترین هزینه (Shortest Path First) است که مسیری را انتخاب می‌کند که کمترین هزینه یا زمان برای رسیدن به مقصد را دارد. روتر با مقایسه مسیرهای موجود در جدول مسیریابی، بهترین مسیر را انتخاب می‌کند.
5. تصمیم‌گیری برای ارسال: پس از اینکه روتر آدرس IP مقصد را بررسی کرد و بهترین مسیر را با استفاده از جدول مسیریابی پیدا کرد، تصمیم می‌گیرد که بسته داده را از طریق کدام پورت به سمت مقصد بعدی هدایت کند. اگر روتر مستقیماً به شبکه مقصد متصل باشد، بسته مستقیماً به آنجا ارسال می‌شود؛ در غیر این صورت، بسته به روتر بعدی در مسیر ارسال خواهد شد.
6. فیلتر کردن و امنیت: در برخی از روترها، به خصوص در روترهای امنیتی یا فایروال‌ها، فیلترهای امنیتی نیز بر روی بسته‌ها اعمال می‌شوند. این فیلترها بررسی می‌کنند که آیا بسته باید اجازه عبور داشته باشد یا خیر. اگر بسته از طریق پروتکل‌های خاص یا از یک منبع غیرمجاز ارسال شده باشد، ممکن است توسط روتر مسدود شود.

روتر با استفاده از آدرس IP مقصد موجود در هر بسته و اطلاعات موجود در جدول مسیریابی، تصمیم می‌گیرد که بسته داده به کدام مسیر ارسال شود. این فرآیند به روتر امکان می‌دهد تا بسته‌های داده را به درستی از طریق شبکه هدایت کرده و به مقصد نهایی برساند.

پروتکل ها

پروتکل‌های روتر شبکه، نقش کلیدی در هدایت و مدیریت بسته‌های داده بین شبکه‌ها دارند. این پروتکل‌ها اطلاعات لازم را بین روترها به اشتراک می‌گذارند تا هر روتر بتواند بهترین مسیر ممکن برای ارسال بسته‌ها به مقصد نهایی را تعیین کند. پروتکل‌های مسیریابی بر اساس پارامترهای مختلفی مانند تعداد گره‌ها، تأخیر، پهنای باند و اولویت شبکه‌ها عمل می‌کنند.

انواع پروتکل‌های روتر شبکه

پروتکل‌های مسیریابی به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند:

1. پروتکل‌های مسیریابی داخلی (IGP – Interior Gateway Protocol): این پروتکل‌ها برای مسیریابی بسته‌ها در داخل یک شبکه مستقل (AS – Autonomous System) استفاده می‌شوند، مانند شبکه‌های محلی یا شبکه‌های سازمانی.
2. پروتکل‌های مسیریابی خارجی (EGP – Exterior Gateway Protocol): این پروتکل‌ها برای مسیریابی بین شبکه‌های مستقل مختلف (مانند مسیریابی در سطح اینترنت) استفاده می‌شوند.

پروتکل‌های مسیریابی داخلی (IGP)

1. RIP (Routing Information Protocol):
   • یکی از قدیمی‌ترین پروتکل‌های مسیریابی است.
   • از تعداد هاب (Hop Count) به عنوان معیار اصلی برای تعیین مسیر استفاده می‌کند.
   • محدودیت اصلی آن این است که فقط تا 15 هاب را پشتیبانی می‌کند و برای شبکه‌های بزرگ مناسب نیست.
   • نسخه‌های مختلف RIP وجود دارد: RIPv1 و RIPv2.
   • از نوع پروتکل‌های مسیریابی برداری فاصله‌ای (Distance Vector Protocol) است.
2. OSPF (Open Shortest Path First):
   • یک پروتکل مسیریابی پیشرفته است که از الگوریتم لینک استیت (Link-State Algorithm) استفاده می‌کند.
   • بر اساس کوتاه‌ترین مسیر ممکن (Short Path First) مسیریابی می‌کند و می‌تواند به‌صورت پویا مسیرها را به‌روزرسانی کند.
   • OSPF به‌طور گسترده‌ای در شبکه‌های سازمانی استفاده می‌شود.
   • از پهنای باند و سایر معیارهای پیشرفته برای تعیین بهترین مسیر استفاده می‌کند.
   • از نوع پروتکل‌های مسیریابی لینک استیت (Link-State Protocol) است.
3. EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol):
   • این پروتکل توسط سیسکو طراحی شده و نوع پیشرفته‌ای از پروتکل IGRP است.
   • یک پروتکل هیبریدی است که از ترکیب ویژگی‌های پروتکل‌های مسیریابی برداری فاصله‌ای و لینک استیت استفاده می‌کند.
   • EIGRP می‌تواند به‌طور دقیق و سریع مسیرهای شبکه را محاسبه کند و در صورت بروز تغییرات سریع به‌روزرسانی انجام دهد.
   • از معیارهای مختلفی مانند پهنای باند، تأخیر، بار شبکه و قابلیت اطمینان برای مسیریابی استفاده می‌کند.

پروتکل‌های مسیریابی خارجی (EGP)

1. BGP (Border Gateway Protocol):
   • BGP پروتکل اصلی برای مسیریابی در اینترنت است.
   • به عنوان پروتکل مسیریابی برداری مسیر (Path Vector Protocol) شناخته می‌شود و برای مسیریابی بین شبکه‌های مستقل مختلف (AS) استفاده می‌شود.
   • BGP اطلاعات مسیریابی را بین شبکه‌های مستقل (مانند ISP‌ها) مبادله می‌کند و از سیاست‌های پیچیده مسیریابی برای مدیریت ترافیک اینترنت استفاده می‌کند.
   • به دلیل مقیاس‌پذیری بالا و انعطاف‌پذیری در مسیریابی، به‌طور گسترده‌ای در اینترنت استفاده می‌شود.
2. EGP (Exterior Gateway Protocol):
   • EGP یک پروتکل مسیریابی قدیمی بود که قبل از BGP برای مسیریابی بین شبکه‌های مستقل مورد استفاده قرار می‌گرفت.
   • امروزه دیگر به‌طور گسترده استفاده نمی‌شود و توسط BGP جایگزین شده است.

پروتکل‌های هیبریدی

پروتکل‌های هیبریدی ترکیبی از ویژگی‌های پروتکل‌های لینک استیت و برداری فاصله‌ای هستند. EIGRP نمونه بارز یک پروتکل هیبریدی است که بهترین ویژگی‌های هر دو نوع پروتکل را به‌کار می‌برد. این پروتکل‌ها هم از اطلاعات دقیق و به‌روز برای مسیریابی استفاده می‌کنند و هم به صورت کارآمدی اطلاعات مسیریابی را بین روترها توزیع می‌کنند.

دسته‌بندی پروتکل‌های مسیریابی

1. پروتکل‌های برداری فاصله‌ای (Distance Vector Routing Protocols):
   • در این پروتکل‌ها، هر روتر فقط اطلاعات مربوط به همسایگان خود و مسیرهای مستقیم را نگهداری می‌کند.
   • هر روتر مسیرها را با جمع‌آوری اطلاعات از همسایگان به‌روزرسانی می‌کند.
   • RIP نمونه‌ای از این پروتکل‌ها است.
2. پروتکل‌های لینک استیت (Link-State Routing Protocols):
   • هر روتر یک نقشه کامل از شبکه را ایجاد می‌کند و مسیرهای خود را بر اساس اطلاعات دقیق از کل شبکه محاسبه می‌کند.
   • OSPF از این دسته پروتکل‌ها است.

تفاوت پروتکل‌های مسیریابی:

• RIP ساده و مناسب برای شبکه‌های کوچک است ولی محدودیت‌های زیادی مانند تعداد هاب دارد.
• OSPF پیچیده‌تر و کارآمدتر است و می‌تواند مسیرهای کوتاه‌تر و بهینه‌تری را انتخاب کند.
• BGP مخصوص مسیریابی بین شبکه‌های مستقل و بزرگ مانند اینترنت است و از سیاست‌های پیچیده برای مدیریت ترافیک استفاده می‌کند.

پروتکل‌های روتر نقش مهمی در مدیریت و هدایت ترافیک شبکه ایفا می‌کنند. هر پروتکل با توجه به نیازهای مختلف شبکه‌ها، امکانات متفاوتی برای مسیریابی و بهینه‌سازی مسیرهای داده ارائه می‌دهد.

نتیجه گیری

روترها دستگاه‌های ضروری برای هدایت و ارسال داده‌ها در شبکه‌های مختلف هستند. آنها با استفاده از جدول‌های مسیریابی و پروتکل‌های خاص، داده‌ها را به مقصد درست هدایت می‌کنند و در عین حال به امنیت و مدیریت ترافیک شبکه نیز کمک می‌کنند.

ستون فقرات اينترنت

ستون فقرات اینترنت (Internet Backbone) به شبکه‌های اصلی و پرسرعتی اطلاق می‌شود که به عنوان زیرساخت مرکزی اینترنت عمل می‌کنند و داده‌ها را بین شبکه‌های مختلف در سراسر جهان منتقل می‌کنند. این شبکه‌ها شامل مجموعه‌ای از اتصالات با ظرفیت بالا، مانند فیبر نوری و روترهای قدرتمند، هستند که ترافیک اینترنت را از شبکه‌های محلی و منطقه‌ای به یکدیگر وصل می‌کنند.