بررسی فرآيند روتينگ

روتينگ ( Routing ) يکی از مهمترين پتانسيل های مورد نياز در يک شبکه به منظور ارتباط با ساير شبکه ها است. در صورتی که امکان روتينگ پروتکل ها وجود نداشته باشد ، کامپيوترها قادر به مبادله داده نخواهند بود.بسياری از علاقه مندانی که جديدا" به دنيای گسترده شبکه های کامپيوتری پيوسته اند ، فکر می کنند که به منظور ارتباط با يک ماشين صرفا" به آدرس IP آن نياز است . با مطالعه اين مطلب مشخص خواهد شد که در اين رابطه به اطلاعات بمراتب بيشتری نياز می باشد. به منظور آشنائی با فرآيند روتينگ ، يک نمونه مثال را مرحله به مرحله دنبال نموده تا با فرآيند روتينگ اطلاعات، بيشتر آشنا شويم .

مثال : برررسی فرآيند روتينگ در دو شبکه LAN

دو شبکه فرضی A و B از طريق يک روتر ( روتر A ) که دارای دو اينترفيس E0 و E1 می باشد ، به يکديگر متصل شده اند . اينترفيس های فوق ، مشابه اينترفيس های موجود بر روی کارت های شبکه بوده که درون روتر تعبيه شده اند ( RJ-45 ) . کامپيوتر A (موجود بر روی شبکه A ) ، قصد برقراری يک ارتباط با کامپيوتر B ( موجود بر روی شبکه B) را دارد .
کامپيوتر ( ميزبان ) A از طريق خط دستور ، فرمان ping 200.200.200.5 را تايپ می نمايد .
پروتکل IP با پروتکل ARP ( اقتباس شده از کلمات Address Resolution protocol ) کار نموده تا مشخص گردد که بسته اطلاعاتی فوق عازم چه شبکه ای است . بدين منظور آدرس IP و Subnet Mask کامپيوتر A بررسی می گردد. با توجه به اين که درخواست فوق برای يک کامپيوتر راه دور می باشد ، می بايست بسته اطلاعاتی برای روتر ( Gateway شبکه A ) ارسال تا وی بتواند آن را به شبکه مورد نظر هدايت نمايد ( در اين مورد خاص شبکه B ) .
کامپيوتر A به منظور ارسال بسته اطلاعاتی برای روتر، نيازمند آگاهی از آدرس سخت افزاری اينترفيس روتر است که به شبکه A متصل شده است.( منظور آدرس MAC مربوط به اينترفيس E0 است که شبکه A از طريق آن به روتر متصل شده است ) . به منظور دريافت آدرس MAC ، کامپيوتر A محتويات ARP cache خود را بررسی می نمايد . ARP Cache ، محلی از حافظه است که آدرس های MAC برای چندين ثانيه در آنجا ذخيره می گردند .
در صورتی که آدرس MAC مربوط به اينترفيس روتر که به شبکه A متصل شده است در ARP Cache کامپيوتر A پيدا نشود ، نشاند هنده اين موضوع است که مدت زمان زيادی از ارتباط وی با روتر گذشته و يا وی قادر به يافتن آدرس MAC مربوط به روتر ( اينترفيسی که به شبکه A متصل شده است ) نمی باشد . با توجه به وضعيت فوق ، کامپيوتر A اقدام به ارسال يک ARP broadcast می نمايد . پيام ارسالی در پی يافتن پاسخی مناسب بدين سوال است که : " آدرس MAC مربوط به IP:192.168.0.1 چيست ؟ ". پس از ارسال پيام broadcast ، روتر تشخيص می دهد که آدرس IP مربوط به وی بوده و می بايست به درخواست فوق ، پاسخ دهد . بدين ترتيب ، روتر با ارسال آدرس MAC مربوط به اينترفيس E0 ، پاسخ لازم را به کامپيوتر A خواهد داد . يکی از دلايلی که در برخی مواقع دستور Ping در اولين مرتبه با Time out مواجه می شود به موضوع اشاره شده برمی گردد. در چنين مواردی مدت زمان زيادی طول خواهد کشيد که يک ARP ارسال و ماشين مربوطه با ارسال آدرس MAC خود به آن پاسخ دهد ( TTL:Time To Live اولين بسته اطلاعاتی Ping به سر آمده و پيام Time out را خواهيم داشت ) .
روتر با ارسال آدرس IP:192.168.0.1 که به اينترفيس E0 آن نسبت داده شده است ، پاسخ مورد نظر را خواهد داد . بدين ترتيب ، کامپيوتر A تمامی اطلاعات مورد نياز به منظور ارسال يک بسته اطلاعاتی به خارج از شیکه و برای روتر را دارا می باشد. لايه شبکه به لايه DataLink که بسته اطلاعاتی را توسط Ping ( يک ICMP echo request ) توليد نموده است ، به همراه آدرس سخت افزاری روتر ، اشاره می نمايد. بسته اطلاعاتی شامل آدرس های IP مبداء و مقصد به همراه ICMP echo است که در لايه شبکه مشخص شده است .
لايه DataLink مربوط به کامپيوتر A ، يک فريم را توليد که يک بسته اطلاعاتی کپسوله شده به همراه اطلاعات مورد نياز برای ارسال بر روی شبکه محلی است ( شبکه A ).اطلاعات فوق ، شامل آدرس سخت افزاری کامپيوترهای مبداء و مقصد ( آدرس MAC ) و فيلد نوع است که مسئوليت مشخص نمودن پروتکل لايه شبکه ( مثلا" IPv4 ) و ARP را برعهده دارد. در انتهای فريم ، در بخش FCS فريم، لايه DataLink يک CRC را مستقر نموده تا ماشين دريافت کننده ( روتر ) قادر به تشخيص سالم بودن بسته اطلاعاتی دريافتی باشد .
لايه DataLink کامپيوتر A ، فريم را در اختيار لايه فيزيکی قرار داده تا صفر و يک های موجود در آن به يک سيگنال ديجيتال تبديل و بر روی محيط فيزيکی شبکه ارسال گردد .
سيگنال ارسالی توسط اينترفيس E0 روتر برداشته شده و فريم خوانده می شود . روتر در ابتدا بخش CRC آن را بررسی و آن را با مقدار CRC اضافه شده به فريم توسط کامپيوتر A مقايسه می نمايد ( حصول اطمينان از عدم خرابی فريم ) .
در ادامه ، آدرس سخت افزاری مقصد ( MAC ) فريم دريافتی، بررسی می گردد . با توجه به وجود يک مورد آدرس که با آن مطابقت خواهد کرد، فيلد "نوع فريم" بررسی تا نحوه برخورد روتر با بسته اطلاعاتی ، مشخص گردد . IP در "فيلد نوع " بوده و روتر بسته اطلاعاتی را در اختيار پروتکل IP که بر روی روتر در حال اجراء است ، قرار خواهد داد . فريم از وضعيت موجود خارج و بسته اطلاعاتی اوليه ای که توسط کامپيوتر A توليد شده است در بافر روتر ذخيره می گردد .
پروتکل IP بررسی لازم در خصوص آدرس IP مقصد را انجام داده تا مشخص گردد که آيا بسته اطلاعاتی برای روتر است.با توجه به اينکه آدرس IP : 200.200.200.5 ، می باشد ، روتر با استفاده از جدول روتينگ خود تشخيص خواهد داد که آدرس فوق مربوط به شبکه ای است که از طريق اينترفيس E1 مستقيما" به روتر متصل شده است .
روتر ، بسته اطلاعاتی را در بافر اينترفيس E1 مستقر نموده و می بايست يک فريم به منظور ارسال بسته اطلاعاتی برای کامپيوتر مقصد را توليد نمايد. روتر در ابتدا ARP Cache خود را به منظور يافتن آدرس سخت افزاری مربوط به IP:200.200.200.5 ، بررسی می نمايد . در صورت عدم وجود آدرس فوق در ARP cache ، روتر يک ARP broadcast را از طريق اينترفيس E1 به منظور پيدا نمودن آدرس سخت افزاری فوق ، ارسال می نمايد .
کامپيوتر B با ارائه يک ARP Reply پاسخ لازم در خصوص آدرس سخت افزاری کارت شبکه مربوط به خود را خواهد داد . بدين ترتيب ، اينترفيس E1 روتر تمامی اطلاعات لازم به منظور ارسال بسته اطلاعاتی به مقصد نهائی را دارا می باشد .
فريم توليد شده توسط اينترفيس E1 روتر دارای آدرس سخت افزاری مبداء مربوط به اينترفيس E1 و آدرس سخت افزاری مقصد مربوط به کارت شبکه کامپيوتر B می باشد.با اين که آدرس های سخت افزاری مبداء و مقصد فريم در هر يک از اينترفيس های روتر تغيير می نمايد ، آدرس IP کامپيوترهای مبداء و مقصد هرگز تغيير پيدا نمی نمايد ( بسته اطلاعاتی هرگز تغيير نکرده و صرفا" فريم تغيير می نمايد ) .
کامپيوتر B ، فريم را دريافت و بررسی لازم در خصوص CRC را انجام می دهد . در صورتی که ماحصل بررسی انجام شده موفقيت آميز نباشد ، فريم دورانداخته می شود. در ادامه، آدرس IP مقصد بررسی می گردد. با توجه به اين که آدرس مقصد با پيکربندی IP انجام شده بر روی کامپيوتر B ، مطابقت می نمايد ، فيلد پروتکل بسته اطلاعاتی بررسی تا اهداف بسته اطلاعاتی مشخص گردد .
با توجه به اين که بسته اطلاعاتی يک درخواست ICMP echo است، کامپيوتر B يک ICMP echo-reply جديد را که شامل آدرس IP مبداء ( کامپيوتر B ) و آدرس IP مقصد مربوط به کامپيوتر A می باشد را ايجاد می نمايد . فرآيند فوق، مجددا" و در جهت معکوس تکرار می گردد. در اين مرحله ، آدرس سخت افزاری هر يک از دستگاه های موجود درطول مسير شناخته شده بوده و هر دستگاه صرفا" نيازمند بررسی ARP cache مربوط به خود به منظور تشخيص آدرس سخت افزاری هر يک از اينترفيس ها می باشد ( آدرس MAC ) .