روتر و جايگاه آن در شبكه های WAN

روتر يكی از دستگاه های شبكه ای مهم و حياتی است كه از آن در شبكه های LAN و WAN استفاده می گردد . در اين مطلب پس از آشنائی اوليه با روتر ، با جايگاه آن در شبكه های WAN  آشنا خواهيم شد .

آشنائی اوليه با روتر 
روتر يك نوع كامپيوتر خاص است كه دارای عناصر مشابه يك كامپيوتر استاندارد شخصی نظير پردازنده ، حافظه ، خطوط داده و اينترفيس های مختلف ورودی و خروجی است. روترها به منظور انجام عمليات بسيار خاص كه عموما" نمی توان آنان را توسط كامپيوترهای شخصی انجام داد ‌، طراحی شده اند . مثلا" با استفاده از روتر می توان دو شبكه را به يكديگر متصل تا در ادامه امكان مبادله اطلاعات بين آنان فراهم گردد . روتر ، همچنين بهترين مسير ارسال داده از يك شبكه به شبكه ای ديگر را تعيين می نمايد.
كامپيوترها  به منظور اجرای برنامه های نرم افزاری به يك سيستم عامل نياز دارند ، اين وضعيت در روترها  نيز وجود داشته و آنان نيز جهت اجرای فايل های پيكربندی به يك سيستم عامل كه به آن IOS ( برگرفته از Internetwork Operating System software  ) گفته می شود ، نياز خواهند داشت .  فايل های پيكربندی شامل دستورالعمل ها و پارامترهائی می باشند كه بر اساس آنان ترافيك ورودی و خروجی روتر كنترل می گردد . مثلا" روترها با استفاده از پروتكل های روتينگ ، قادر به اتخاذ تصميم مناسب در خصوص بهترين مسير بسته های اطلاعاتی می باشند .
حافظه های  RAM ، NVRAM ،‌ فلش ، ROM و اينترفيس ها مهمترين عناصر داخلی يك روتر می باشند كه در ادامه به بررسی هر يك از آنان خواهيم پرداخت .

حافظه RAM ( برگرفته از random access memory )   : حافظه RAM كه به آن DRAM ( حافظه RAM پويا ) نيز گفته می‌شود دارای خصوصيات و وظايف زير می باشد  :

• ذخيره جداول روتينگ

• نگهداری ARP Cache

• نگهداری fast-Switching cache

• نگهداری و پشتيبانی از صف های حاوی بسته های اطلاعاتی

• ارائه حافظه موقت برای فايل پيكربندی در زمان روشن كردن روتر 

• عدم نگهداری اطلاعات پس از خاموش كردن و يا راه اندازی مجدد روتر 

حافظه  NVRAM  ( برگرفته از nonvolatile random-access memory ) :  حافظه NVRAM  يا غيرفرار  دارای خصايص و وظايف زير می باشد :

• محل نگهداری فايل پيكربندی راه اندازی روتر 

• نگهداری اطلاعات پس از خاموش كردن و يا راه اندازی مجدد روتر   

حافظه فلش : حافظه فلش دارای خصايص و وظايف زير می باشد :

• نگهداری IOS ( سيستم عامل )

• بهنگام سازی نرم افزار بدون ضرورت تعويض و يا جايگزينی تراشه های موجود بر روی پردازنده

• نگهداری اطلاعات پس از خاموش كردن و يا راه اندازی مجدد روتر   

• قابليت ذخيره چندين نسخه از نرم افزار IOS 

• امكان حذف اطلاعات ( يك نوع خاص از حافظه های ROM  با قابليت  حذف الكترونيكی اطلاعات :  EEPROM  )
   

حافظه ROM  ( برگرفته از Read-only memory )  ، حافظه ROM و يا فقط خواندنی  دارای خصايص و وظايف زير می باشد :

• نگهداری دستورالعمل های لازم برای اشكال زدائی و اجرای برنامه POST  ( برگرفته از power-on self test )

• ذخيره برنامه راه اندازی روتر  موسوم به bootstrap و نرم افزار اوليه سيستم عامل

• تعويض تراشه های موجود بر روی برد اصلی در صورت نياز به ارتقاء نرم افزار ذخيره شده 

اينترفيس ها : اينترفيس ها دارای خصايص و وظايف زير می باشند :

• روتر را به شبكه متصل می نمايند ( ورود و خروج فريم ها ) .

• اينترفيس ها ممكن است بر روی برد اصلی و  يا به عنوان ماژول های جداگانه ارائه گردند .

جايگاه روتر در شبكه های LAN و WAN
با اين كه می توان از روتر برای تقسيم ( Segmentation ) يك شبكه محلی استفاده نمود ولی‌ مهمترين كاربرد آن به عنوان يك دستگاه شبكه ای در شبكه های WAN می باشد . شكل زير نحوه استفاده از روتر دريك شبكه محلی را نشان می دهد .

استفاده از روتر دريك شبكه محلی ( منبع : سايت سيسكو )

از تكنولوژی های WAN  در اكثر موارد به منظور اتصال روترها به يكديگر استفاده می گردد و  روترها با اتصالات مبتی بر WAN با يكديگر ارتباط برقرار می نمايند . روترها  مسئوليت ايجاد ستون فقرات در شبكه های داخلی بزرگ ( اينترانت ) و يا اينترنت را برعهده داشته و در لايه سوم مدل مرجع OSI فعاليت می نمايند ( اتخاذ تصميم بر اساس آدرس های شبكه ) .
انتخاب بهترين مسير و سوئيچينگ فريم ها به اينترفيس مناسب از مهمترين وظايف يك روتر محسوب می گردد. روترها به منظور انجام وظايف فوق جداول روتينگی را ايجاد ( ايستا و يا پويا )  تا به كمك آن اقدام به مبادله اطلاعات شبكه با ساير روترها نمايند . يك مدير شبكه می تواند با پيكربندی مسيرهای ايستا ، اطلاعات جداول روتينگ را سازماندهی و مديريت نمايد ولی عموما" اطلاعات موجود در جداول روتينگ به صورت پويا و با استفاده از يك پروتكل روتينگ ذخيره و بهنگام می گردند . مسئوليت پروتكل روتينگ ، مبادله اطلاعات توپولوژی شبكه ( مسير ) با سایر روترها می باشد .  
يك شبكه به منظور ارتباط با ساير شبكه ها می بايست به درستی پيكربندی گردد . اينچنين شبكه هائی امكانات زير را ارائه می نمايند :

• آدرس دهی پيوسته و سازگار

• انتخاب بهترين مسير

• روتينگ ايستا و يا پويا

• سوئيچينگ

• آدرس هائی كه بيانگر  توپولوژی های شبكه می باشند .

جايگاه روتر در شبكه های WAN
شبكه های WAN در لايه فيزيكی و data link مدل مرجع OSI  فعاليت می نمايند . مطلب فوق بدين معنی نمی باشد كه پنج لايه ديگر مدل مرجع OSI در شبكه های WAN جايگاهی ندارند . عبارت فوق بر اين نكته مهم تاكيد  می نمايد كه خصايصی كه يك شبكه WAN را از LAN متمايز می نمايد در لايه های فيزيكی و data link حضور موثر و كاملا" مشهودی را دارند . به عبارت ديگر ، استانداردها و پروتكل های استفاده شده در شبكه های WAN و در لايه های اول و دوم متفاوت با استانداردها و پروتكل های‌ استفاده شده در شبكه های محلی و در لايه های‌ مشابه می باشد .
لايه فيزيكی WAN ، اينترفيس بين DTE ( برگرفته از data terminal equipment  ) و DCE ( برگرفته از data circuit-terminating equipment   ) را تشريح می نمايد .  عموما" ، DCE  يك ارائه دهنده سرويس  و DTE دستگاه ضميمه می باشد . به عبارت ديگر DTE ،‌ دستگاه كاربر با اينترفيس مربوطه است كه به لينك WAN متصل می گردد . در اين مدل ، سرويس های ارائه شده به DTE از طريق يك مودم و يا CSU/DSU در دسترس قرار می گيرد .
وظيفه اصلی يك روتر ، روتينگ است و روتينگ در لايه شبكه و يا لايه سوم مدل مرجع OSI محقق می گردد ولی اگر يك شبكه WAN در لايه های اول و دوم مدل مرجع OSI فعاليت می نمايد ،‌ آيا روتر يك دستگاه شبكه محلی و يا يك دستگاه WAN است ؟ در پاسخ به سوال فوق می بايست گفت كه هر دو گزينه درست می باشند . يك روتر ممكن است انحصارا" به عنوان يك دستگاه شبكه محلی ايفای وظيفه نمايد و يا ممكن است منحصرا" وظيفه يك دستگاه WAN را در شبكه برعهده داشته باشد و يا در برخی موارد كه در محدوده مرزی بين يك شبكه LAN و WAN استفاده می گردد ، در يك لحظه می‌تواند هم به عنوان يك دستگاه شبكه محلی و هم به عنوان يك دستگاه WAN وظايف محوله را انجام دهد .
يكی از وظايف روتر در شبكه های WAN ،‌مسيردهی‌ بسته های اطلاعاتی در لايه سوم است ولی روتر در يك شبكه محلی نيز دارای چنين مسئوليتی است . بنابراين نمی توان روتينگ را به عنوان يك وظيفه اختصاصی برای‌ روتر در شبكه های WAN در نظر گرفت . زمانی كه يك روتر از استانداردها و پروتكل های مرتبط با WAN در لايه های فيزيكی و data link استفاده می نمايد ، وی به عنوان يك دستگاه WAN در شبكه ايفای وظيفه می نمايد . اولين وظيفه روتر در يك شبكه WAN روتينگ نمی باشد و اگر قرار است برای آن وظيفه ای اختصاصی را تعريف نمائيم بهتر است گفته شود كه مسئوليت روتر در شبكه های WAN ،  ارائه اتصالات لازم بين استانداردهای مختلف data link و فيريكی WAN است .  
مثلا" يك روتر ممكن است دارای يك اينترفيس ISDN باشد كه از كپسوله سازی PPP استفاده می نمايد و همچنين دارای يك اينترفيس سريال T1 باشد  كه در آن از كپسوله سازی Frame Relay استفاده می‌ گردد . در چنين وضعيتی روتر می بايست قادر به  انتقال بيت ها از يك نوع سرويس ( نظير ISDN ) به سرويس ديگر ( نظير T1 ) و تغيير  كپسوله سازی data link  از PPP به Frame Relay  باشد .

استانداردها و پروتكل های لايه فيزيكی و data link در شبكه های WAN
برخی‌از پروتكل ها و استانداردهای لايه فيزيكی عبارتند از :‌

• EIA/TIA-232
• EIA/TIA-449
• V.24
• V.35
• X.21
• G.703
• EIA-530
• ISDN
• T1, T3, E1, and E3
• xDSL
• SONET (OC-3, OC-12, OC-48, OC-192)
   

 برخی از پروتكل ها و استانداردهای لايه data link عبارتند از :

• High-level data link control (HDLC)
• Frame Relay
• Point-to-Point Protocol (PPP)
• Synchronous Data Link Control (SDLC)
• Serial Line Internet Protocol (SLIP)
• X.25
• ATM
• LAPB
• LAPD
• LAPF