موجه (شبكات)
الراوتر أو المُوجّه أو موجه المسار أو المسيّر (بالإنجليزية: Router)، هو جهاز يستخدم في شبكات الحاسوب لتوجيه رزم البيانات فيما بينها. تقوم الراوترات بالتحكم بحركة البيانات في شبكة الإنترنت. تُنقل الرزم في الشبكة من راوتر إلى راوتر، انطلاقاً من مصدرها حتى تصل إلى وجهتها.
يصل الراوتر بين شبكتين أو أكثر، ويتصل بشكل مباشر مع كل شبكة عبر أحد منافذه، يكون لكل شبكة فضاء عناوين خاص بها، ويستضيف منفذ الراوتر أحد عناوين الشبكة، عندما يستقبل أحد منافذ الراوتر رزمة بيانات، فإنّه يقوم بقراءة المعلومات الموجودة في ترويسة الرزمة، وتحديداً عنوان الوجهة، ثُمّ يقوم بالبحث عن ما يقابله في جدول التوجيه الخاص به، أو بحسب سياسة التوجيه المتبعة، على الراوتر بعد ذلك قرار تسيير الحزمة باتجاه وجهتها، وبحسب موقعه على مسار الحزمة فإنه يحدد مسارها إلى شبكة مجاورة مناسبة أو الراوتر التالي المناسب، أو يوصلها إلى وجهتها النهائية.
المعدات والبرمجيات
- التسيير أو التوجيه في يومنا هذا كثيرًا ما يرتبط مع الميثاق الشبكي النسخة 4 (IPv4)، في حين أن الهجرة إلى الميثاق الشبكي النسخة 6 (IPv6) انطوت على توجيه هذا الميثاق.
- الراوترات الأولى في عام 1960 كانت ببساطة حواسيب عادية مصغرة. ورغم أن الحواسيب العادية يمكن أن تستخدم للتسيير، فإن الراوترات الحديثة بصفة عامة تشمل معدات إضافية لتسريع المهام الحساسة مثل نقل الحزمات. هذه الراوترات المتخصصة ليست دائما متوافقة مع (IPv6)، ذاكرة ذات قياس صغير غير متقلبة قادرة على حفظ الضبط الرئيسي في حالة خرق لحظات القطاع.
- الراوترات الحالية لنقل البيانات تلعب دورا مماثل من خلال المقاسم الهاتفية للصوت.
هذا النوع من المعدات لا يتطلب التخزين المغناطيسي:
- سيسكو (Cisco)
- بلكن (belkin)
- جونيبر (Juniper)
- سبيد تاتش (Speedtouch)
- شرونوس (chronos trendchip) صنع في تايوان
- أفايا أفايا
وهناك أنواع كثيرة لمهام أكبر:
- نوع لاستقبال إشارة dsl أو شبكات الربط local loop (دائرة مغلقة)
- نوع لربط الشبكات ببعضها البعض.
تعريف الراوتر
الراوتر هو جهاز شبكي يتألف من مجموعة من العتاد والبرمجيات يستخدم لربط اثنتين أو أكثر من الشبكات الفرعية المختلفة بواسطة الإشارات السلكية واللاسلكية، ويستخدم في الشبكات الواسعة wan مثل شبكة الإنترنت. يعمل الراوتر في طبقة الشبكة Network layer وهي الطبقة الثالثة من الطبقات التي اصطلحت عليها منظمة OSI (Open System Interconnection)
مستويات عمل الراوتر
يعمل الراوتر على مستويين:
- مستوى تحكم: حيث يقوم بإيجاد أفضل طريق (أو أفضل واجهة) لإرسال البيانات عبره إلى المستقبل.
- مستوى تمرير ونقل: حيث يقوم بعملية النقل الفعلي للبيانات المستقبلة من واجهة الاستقبال لواجهة الإرسال التي اختارها في المرحلة السابقة.
يعتمد الراوتر على جدول التوجيه جدول توجيه لإيجاد أقصر طريق للبيانات.
أنواع الراوترات
للراوترات عدة أنواع من حيث الحجم والخدمة المقدمة:
- راوترات للمكاتب الصغيرة والاستخدامات المنزلية Small Office Home Office (SOHO)
- راوترات لمزودات الخدمة والمؤسسات الكبيرة.
إن أشهر أنواع الراوترات تلك التي تنتجها شركة CISCO. لكنها باهظة الثمن نسبياً، فيما يلي يوجد أقسام راوترات Cisco.
أقسام الراوترات
سندرس كمثال عليها أقسام راوترات CISCO.
يتألف الراوتر من لوحة أم Mother board تتموضع عليها وحدة معالجة مركزية CPU وذاكرة وقطع داخلية أخرى هي:
- ذاكرة ROM للقراءة فقط.
- ذاكرة Flash.
- ذاكرة وصول عشوائية RAM.
- ذاكرة وصول عشوائي غير قابلة للإزالة NVRAM.
- واجهة Interface.
الذاكرة ROM
ذاكرة قراءة فقط تحوي الكود المصدري للوظائف الأساسية.تحتوي على أربعة مكونات أساسية:
- (power on self test) Post: أول ما يُحَمَّل عند الإقلاع تقوم بتفحص العتاد.
- Bootstrap: كل نظام تشغيل يملك نوعين من الملفات: ملفات الإقلاع وملفات النظام، بداية تُحَمَّل ملفات الإقلاع ثم تقوم ملفات الإقلاع بتحميل ملفات النظام.Bootstrap هو محمل الإقلاع من cisco، وهو يملك مسار ملفات الإقلاع.
- Mini IOS: يُحمل تلقائياً من الـ ROM يمثل مجموعة صغيرة من الـ CISCO IOS.
- ROM Monitor:يمكنك استخدامه للإقلاع يدوياً باستخدام الأوامر.
الذاكرة Flash
وهي نمط من الذواكر تستخدم في تخزين نسخة مضغوطة من ملفات نظام CISCO IOS ،عادة يتوضع فيها ملف وحيد. يختلف حجم هذه الذاكرة حسب السلسلة ونوع الراوتر وهي تتراوح بين 8-64 KB. يقوم محمل الإقلاع الـ BootStrap بتحميل النظام IOS من الذاكرة Flash في عملية الإقلاع الطبيعية. يستخدم الأمر show flash في عرض معلومات هذه الذاكرة ومحتوياتها.
ذاكرة الوصول العشوائي RAM
وهي ذاكرة وصول عشوائي لكنها سريعة الزوال لا تحفظ البيانات بشكل دائم تتضمن الإعدادات الحالية للراوتر، كما تزودنا بواجهة للتعامل مع المستخدم، تؤثر هذه الواجهة بشكل مباشر على أداء الراوتر، وتكون ملفات النظام فيها غير مضغوطة وتعرف بمشغل الإعدادات.
يستخدم الأمر show running configuration في الكشف عن حالة هذه الذاكرة.
ذاكرة الوصول العشوائي المستدامة NVRAM
تُستخدم هذه الذاكرة في تخزين ملفات التكوين (بدء التشغيل) وهذا النوع من ذاكرة الوصول العشوائي Random Access Memory (RAM) لا تفقد مضونها عندما يُعاد تشغيل جهاز التوجيه Router أو قطع التيار الكهربي عنه.
الواجهة Interface
الراوتر هو عبارة عن نقطة اتصال ذات واجهات متعددة، تتصل كل واجهة مع شبكة مختلفة، ويقوم الراوتر بنقل البيانات المارة بين هذه الشبكات عبر الواجهات.
كل واجهة لها عنوان خاص بها.
هنالك العديد من الواجهات المتاحة على الراوتر مثل واجهة كبل الـ Ethernet للشبكات المحلية LAN وسلسلة من الواجهات المتزامنة وغير المتزامنة للشبكات الواسعة WAN، يختلف عدد هذه الواجهات ونوعها بحسب سلسلة الراوتر ونوعه. يحتوي الراوتر على الأقل على منفذ Ethernet واحد ومنفذ WAN واحد (عادة يكون ISDN BRI) تعرض بعض الراوترات أوامر تتعلق بالواجهات مثل:
- الأمر show interface الذي يعرض الحالة الكاملة لجميع الواجهات في الراوتر .
- الأمر Show interface serial 0 الذي يعرض الحالة الكاملة لواجهة معينة.
- الأمر Show ip interface brief الذي يعرض معلومات قصيرة ومختصرة ولكنها كافية مثل IPaddresses، وحالة كل واجهة بالراوتر.
تسلسل الإقلاع في راوترات cisco
- تشغيل الفحص الذاتي POST.
- تحميل وتشغيل كود bootstrap.
- البحث عن برمجيات النظام.
- تحميل برمجيات النظام.
- البحث عن الإعدادات.
- تحميل الإعدادات.
- التشغيل.
إيجاد النظام cisco IOS
بعد تحميل الـ bootstrap، يُبْحَث عن النظام CISCO IOS بداية، في حالة الإقلاع الطبيعي تبحث عن نسخة ملفات النظام في الذاكرة Flash وإن لم توجد تحاول الإقلاع من الشبكة. إذا وجد أي مشكلة في شبكة الإقلاع عندها يعمل وضع RXBOOT، وإن لم ننجح يبقى أمامنا الخيار الأخير وضع الـ ROMMON. ترتيب عمليات البحث:
- تفحص إعدادت السجل.
- تفحص إعدادت الـ NVRAM.
- يبحث في الذاكرة Flash.
- يحاول الإقلاع من الشبكة.
- اللجوء لوضع RXBOOT.
- اللجوء لوضع ROMMON.
ملاحظة: لمحاولة الإقلاع من الشبكة يجب أن نعرف عناوين IPs الراوترات المجاورة وهذا ممكن من خلال مساعدة CDP (CISCO Discovery Protocol) بروتوكول الاستكشاف الخاص بـ CISCO.
إعادة توجيه
الهدف الرئيسي لجهاز التوجيه (الراوتر) هو ربط عدة شبكات وتوجيه الحزم إما نحو الشبكات المتصلة مباشرة أو نحو شبكات أكثر بعدًا. يعتبر الراوتر جهازًا من الطبقة 3 لأن قرار التوجيه الرئيسي يعتمد على معلومات الطبقة 3 في حزمة بروتوكول الإنترنت (IP)، وتحديدًا على عنوان IP الهدف. عندما يستلم الراوتر حزمة، يقوم بالبحث في جدول التوجيه للعثور على أفضل تطابق بين عنوان IP الهدف للحزمة وأحد العناوين في جدول التوجيه. عند العثور على تطابق، يتم تجليد الحزمة في إطار بيانات الرابط الطبقة 2 للواجهة الصادرة المشار إليها في إدخال الجدول.
الراوتر عادة ما لا يتفحص حمولة الحزمة، ولكنه ينظر إلى العناوين في الطبقة 3 لاتخاذ قرار التوجيه، بالإضافة إلى معلومات أخرى اختيارياً في العنوان للإشارة إلى مثل جودة الخدمة (QoS)، على سبيل المثال. بالنسبة للتوجيه النقي لبروتوكول الإنترنت، يتم تصميم الراوتر لتقليل المعلومات الحالية المرتبطة بالحزم الفردية. بمجرد توجيه الحزمة، لا يحتفظ الراوتر بأي معلومات تاريخية حول الحزمة.
يمكن أن يحتوي جدول التوجيه ذاته على معلومات مستمدة من مصادر متنوعة، مثل تكوين مسارات افتراضية أو ثابتة يدويًا، أو إدخالات ديناميكية من بروتوكولات التوجيه حيث يتعلم الراوتر المسارات من الراوترات الأخرى. يمكن أن يكون المسار الافتراضي هو تلك المستخدمة لتوجيه جميع حركة المرور التي لا تظهر بشكل آخر في جدول التوجيه، وهو شائع وضروري في الشبكات الصغيرة، مثل المنزل أو الأعمال التجارية الصغيرة حيث يرسل المسار الافتراضي ببساطة كل حركة مرور غير محلية إلى مزود خدمة الإنترنت. يمكن تكوين المسار الافتراضي يدويًا (كمسار ثابت)، أو تعلمه من خلال بروتوكولات التوجيه الدينامي، أو الحصول عليه من خلال DHCP.
يمكن للراوتر تشغيل أكثر من بروتوكول توجيه في نفس الوقت، خاصة إذا كان يعمل كراوتر حدودي لنظام مستقل بين أجزاء من شبكة تعمل ببروتوكولات توجيه مختلفة. في حالة القيام بذلك، يمكن استخدام إعادة التوزيع (بشكل عام بانتقاء) لمشاركة المعلومات بين البروتوكولات المختلفة التي تعمل على نفس الراوتر.
بالإضافة إلى تحديد الواجهة التي يتم إرسال الحزمة إليها، والتي يتم التعامل معها أساساً من خلال جدول التوجيه، يتعين أيضاً على الراوتر إدارة الازدحام عندما تصل الحزم بمعدل أعلى مما يمكن للراوتر معالجته. ثلاث سياسات تستخدم عادة هي "tail drop" و "random early detection (RED)" و "weighted random early detection (WRED)". "Tail drop" هي الأبسط والأسهل تنفيذًا: يقوم الراوتر ببساطة بإسقاط الحزم الواردة الجديدة بمجرد استنفاذ مساحة الذاكرة المخصصة في الراوتر. يسقط RED حزم البيانات تحتمل احتماليًا في وقت مبكر عندما يتجاوز الطابور جزءًا معينًا مُعدَّلاً مُسبقًا من الذاكرة، حتى يصل إلى الحد الأقصى المحدد مُسبقًا، عندما يسقط جميع حزم الواردة، مع العودة إلى "tail drop". يمكن تكوين WRED لإسقاط الحزم بسرعة أكبر اعتمادًا على نوع المرور.
وظيفة أخرى يقوم بها الراوتر هي تصنيف حركة المرور واتخاذ قرار بأي حزمة يجب معالجتها أولاً. يتم ذلك من خلال خدمة الجودة (QoS)، وهو أمر حيوي عند تنفيذ Voice over IP، لعدم إدخال تأخير زائد.
وظيفة أخرى يقوم بها الراوتر تسمى التوجيه القائم على السياسة حيث يتم بناء قواعد خاصة لتجاوز القواعد المشتقة من جدول التوجيه عند اتخاذ قرار بتوجيه حزمة.
قد يتم أداء بعض الوظائف من خلال دائرة متكاملة خاصة بالتطبيق (ASIC) لتجنب فوق رئيسية الوقت لجدولة وحدة المعالجة المركزية لمعالجة الحزم. وقد يتعين أداء البعض الآخر من خلال وحدة المعالجة المركزية لأن هذه الحزم تحتاج إلى اهتمام خاص لا يمكن التعامل معه بواسطة دائرة متكاملة خاصة.
