روترها از چه الگوریتمی برای اصلاح و تعویض خودکار رله استفاده می‌کنند

مشکلات روتر در اتصال

مشکلات بالقوه در روتر بی سیم تعداد کلاینت‌های متصل به سرویس‌های DHCP (پروتکل پیکربندی میزبان پویا) و دوام اتصال است. در عمل، برخی از روترهای بی سیم به دلیل مدیریت مصرف پهنای باند، تعداد کاربر را به 15 تا محدود می‌کنند. یکی از خدمات مورد نیاز روتر بی سیم است، اما ممکن است زمانی که حافظه یا CPU پر است، اتصال شما به روتر قطع شود.

این مقاله اصلاحی در الگوریتم پشتیبانی در تقویت DHCP را برای غلبه بر این وضعیت، زمانی که حافظه یا CPU در روتر بی سیم محدود است، پیشنهاد می‌کند. الگوریتم پیشنهادی به این صورت است که هر بار حافظه روتر اصلی اشغال می‌شود، به طور خودکار روتر اصلی را به روتر پشتیبان تغییر می‌دهد.

دو سناریو اصلی برای بررسی الگوریتم پشتیبان

1. خدمات رله DHCP سیسکو با روتر بی سیم OpenWRT  ترکیب شود
2. رله DHCP پروتکل اصلی Mikrotik “Capsman” به طور متناوب با روتر بی سیم فعال و OpenWRT ترکیب شود.

نتایج تست اجرا نشان می‌دهد که الگوریتم پشتیبان پیشنهادی با رله DHCP که در روتر بی‌سیم OpenWRT پیکربندی شده‌اند، می‌تواند تعداد کلاینت‌های متصل و دوام روتر بی‌سیم را هنگام اجرای خدمات آن به عنوان انتقال‌دهنده DHCP به رله DHCP و سرور DHCP افزایش دهد. این ترکیبات در مقایسه با DHCP معمولی که از یک اتصال مستقیم استفاده می‌کند بر زمان انتشار IP کمی تأثیر می‌گذارد.

عملکرد روتر

روتر بی سیم رابطی رایج است که امروزه در شبکه به دلیل قابلیت حمل و سازگاری استفاده می شود. عملکرد اصلی روتر بی سیم، ارائه اتصال به اینترنت و تخصیص آدرس IP خودکار به کاربر است. ترتیب تخصیص IP با سرویس DHCP میسر است. سرویس DHCP یک سرویس تخصیص IP است که توسط روتر بی سیم مدیریت می شود. با این حال، یک روتر بی سیم قادر به ارائه یک آدرس IP به یک سرویس DHCP اتمام یافته، نیست. سرویس DHCP حافظه زیادی را مصرف نمی‌کند، اما اگر حافظه روتر بی سیم تمام شود، سرویس DHCP نیز در دسترس نیست. هنگامی که سرویس DHCP در دسترس نیست، کاربر باید IP را به صورت دستی روی دستگاه تنظیم کند.

مشکلات روتر بی سیم

مشکلاتی که همیشه در روتر بی سیم وجود دارد، تعداد کلاینت‌هایی است که سرویس DHCP درخواست می‌کند. به طور کلی، یک روتر بی سیم می‌تواند به 253 کاربر سرویس دهد- اگر شبکه در شبکه کلاس C برای IPv4 باشد-. روتر بی سیم در عمل تعداد کاربر را محدود نمی‌کند، اما برای دستگاه SOHO (دفتر اداری کوچک) گاهی اوقات تعداد کاربر در چندین برند به 15 کاربر محدود می‌شود. در برندهای دیگر، این مشکل وجود دارد که اتصال بی سیم هنگامی که دستگاه در بیش از یک روز به کاربران زیادی خدمات می‌دهد، خراب می‌شود.

کاربر می‌تواند روتر بی سیم را در حالت حافظه کم و CPU کم بارگذاری کند، بنابراین روتر گیر می‌کند. گیر کردن می‌تواند به این معنی باشد که سرویس DHCP خیلی خوب اجرا نمی‌شود و باید دوباره راه اندازی شود. تغییر سرویس DHCP ارائه شده توسط روتر بی سیم به رله DHCP می‌تواند یک راه حل جایگزین برای این مشکل باشد زیرا رله DHCP مدیریت بار را بر عهده می‌گیرد. این راه حل همچنین بر محدودیت اختصاصی برخی برندها غلبه می‌کند. امروزه در بازار، برخی از کنترلرهای بی سیم که تنها به عنوان سرور DHCP برای رله DHCP عمل می‌کنند، می‌توانند به همان برند متصل شوند. آنها با سایر برندهای موجود در بازار مطابقت ندارند. برای رفع این مشکل می‌توان از OpenWRT استفاده کرد. پس از نصب، روتر بی سیم را می‌توان به برخی از روترهای برند عمومی متصل کرد.

راهکارهای پیشنهادی برای رفع مشکلات

با استفاده از برخی از تحقیقات DHCP، هودا و همکاران اطلاعات شبکه را تقویت و اطلاعات IP اضافی را با پوشش لایه‌های دستگاه ارائه کردند. این کار با کپسوله کردن لایه فعلی درخواست پارامتر شبکه با داده‌های اطلاعاتی استخراج شده از فرآیندی که در شبکه ارسال می شد انجام شد. این روش از تقویت داده‌های اطلاعاتی به یک فیلد اطلاعاتی استفاده می‌کند و ممکن است شامل یک فیلد گزینه DHCP “82” باشد. در این تحقیق، اطلاعاتی که توسط عامل راه اندازی شد، پیکربندی مسیریابی در یک روتر عمومی بود.

همچنین Miao و همکارانش بر روی پیکربندی تطبیقی آگاهانه از رفتار در یک شبکه محلی بی سیم کار کردند. ترکیبی از زمان اجاره IP تطبیقی و محدوده IP پویا وجود داشت. تابع زمان تطبیق برای کاهش استفاده از IP بر اساس نقش های کاربر بود. علاوه بر این، زمان به صورت تطبیقی تنظیم نشده بود. زیرا هر کاربر باید به منطقه انتخابی که توسط شبکه بی سیم متصل شده است بپیوندد.

مشکل کمبود حافظه در روتر و راهکار رفع آن

تحقیقات دیگر یک خطای DHCP را با استفاده از عامل هوشمند بود. با این کار، زمانی که حافظه روتر افت کرد، کمبود تخصیص حافظه را تشخیص داد و به طور خودکار به نزدیکترین رله DHCP به عنوان سرور DHCP پشتیبان سوئیچ کرد.

مشکل اصلی این بود که چگونه می‌توان هاست اصلی را در بسیاری از شبکه‌ها تگ کرد. سیستم پیشنهادی برای پشتیبانی از همزیستی با برنامه مبتنی بر IP، پشتیبانی از سازگاری را ارائه داد و برنامه نویسان سیستم عامل روتر را برای پشتیبانی از سازگاری بین روترها اصلاح کردند.

محدوده بی سیم به صورت پویا انجام شد. مشکلی که در این تحقیق به آن پرداخته شد این بود که روتر بی سیم نمی‌تواند NAT (ترجمه آدرس شبکه) را انجام دهد. زمانی رخ می دهد که یک کلاینت آدرس IP را از یک سرور DHCP مرکزی دریافت نمی‌کند. این تحقیق پیشنهاد کرد که عامل DHCP در سناریوی اتصال چند IP و محدوده کار کند. عامل در بین دو روتر قرار داشت، بنابراین عامل دو بخش شبکه متفاوت از روتر را می‌شناخت. عامل اسکریپت را با شناسایی بخش IP شبکه که درخواست DHCP از آنجا آمده است ارسال کرد.

توپولوژی روتر در مسیریابی جغرافیایی

مفهوم عامل برنامه نویسی به طور گسترده در اتوماسیون خانگی مورد استفاده قرار میگیرد. مسیریابی مبتنی بر موقعیت در مسیریابی جغرافیایی استفاده می‌شود که در آن توپولوژی روتر برای جمع آوری سناریوی جغرافیایی مهم است. مسیریابی مکان موضوع جالبی است که می‌تواند تحقیقات فعلی مکانیسم انتخاب DHCP را گسترش دهد. برنامه پایتون می‌تواند عامل DHCP را از منطقه جغرافیایی خاصی در نوعی توپولوژی تگ کرده و شناسایی کند و سپس بر اساس منطقه جغرافیایی تصمیم گیری کند.

سناریو های مناسب روتر بی سیم

در این تحقیق، این مطالعه سناریوی تقویت DHCP را بر اساس تجهیزات شبکه موجود با استفاده از روترهای عمومی محدود می‌کند. در این راستا سه سناریو انجام می‌شود. سناریوی اول جایی است که روتر بی سیم به عنوان یک سرور DHCP مستقل عمل می‌کند. سناریوی دوم این است که روتر بی سیم به عنوان یک رابط غیرفعال متصل به سرور DHCP در سیسکو و میکروتیک عمل می‌کند. و سناریوی سوم این است که روتر بی سیم متصل به یک روتر سیسکو و میکروتیک دیگر به عنوان تقویت DHCP عمل می کند، همراه با اصطلاحات پروتکل یا کمک رله اختصاصی سیسکو و میکروتیک.

دستگاه‌های روتر بی سیمی که در این تحقیق مورد آزمایش قرار گرفتند، سری Linksys E1200 و سری TP-LINK WR-940ND بودند. سیستم عامل Open-WRT به عنوان یک سیستم عامل منبع باز در هر روتر بی سیم نصب شده است.

این تحقیق یک سناریوی مناسب برای آزمایش عملکرد یک الگوریتم و مکانیزم پیاده سازی ایجاد می‌کند.

رله DHCP و عامل هوشمند برای روتر بی سیم

سیستم پیشنهادی از سه بخش تشکیل شده است. بخش اول یک روتر به عنوان سرور DHCP است.

2–1   روتر عمومی به عنوان سرور DHCP

دو برند روتر مشهور آزمایش شده (Cisco و Mikrotik ) مقداری DHCP Pool می سازند. پیکربندی اولیه متفاوتی در سیسکو و میکروتیک وجود دارد. روتر سیسکو به صورت پیش فرض کار می‌کند و نیازی به فرمت ندارد. روتر میکروتیک به‌طور پیش‌فرض به‌عنوان رابط عمل می‌کند و باید فرمت شود تا تمام اینترفیس به رابط ریشه تبدیل شود تا بتواند به یک آدرس IP خدمت کند. اتصال به اینترنت از طریق مکانیسم NAT در روتر سیسکو و میکروتیک به اشتراک گذاشته می‌شود روتر سیسکو و میکروتیک باید اطمینان حاصل کنند که مقصد به مسیر پیش فرض، که در IPv4 “0.0.0.0/0”  است به دروازه روتر که با یک آدرس IP موجود متصل است، دور زده می‌شود.

مسیریابی برای ایجاد یک عامل هوشمند در یک بخش شبکه که بتواند بخش دیگر شبکه را نظارت کند، مورد نیاز است. مسیریابی که در این جا استفاده شده پروتکل RIP نسخه 2 است.

2-2 روتر عمومی به عنوان رله DHCP

یک روتر عمومی را می‌توان به عنوان سرور DHCP یا رله DHCP پیکربندی کرد. در روتر سیسکو، برای تبدیل شدن رابط به رله DHCP، آدرس کمکی DHCP باید تنظیم شود. در Mikrotik برای رابط OpenWRT، پیکربندی رله DHCP باید تنظیم شود. از نظر پروتکل اختصاصی در روتر میکروتیک، پروتکل Capsman وجود دارد. در برند دیگری به عنوان یک کنترلر بی سیم عمل می‌کند. کنترلر بی سیم می‌تواند فرکانس بی سیم، پارامتر نقطه دسترسی و استخر DHCP توزیع شده با رابط پل را مدیریت کند. رابط پل به دو بخش شبکه می‌پیوندد که عبارتند از پورت در دسترس LAN و رابط WLAN. هنگامی که یک رابط پل ایجاد می‌شود، رابط WLAN می‌تواند یک آدرس IP از استخر DHCP دریافت کند. این تحقیق همچنین پروتکل اختصاصی Capsman را با روتر بی سیم اصلاح شده OpenWRT در حالت پل مستقیم DHCP مقایسه می‌کند.

رله DHCP را می‌توان با افزودن آدرس کمکی IP به رابط LAN تنظیم کرد. آدرس کمکی IP آدرس درگاه در بخش شبکه دیگری است که سرور DHCP وجود دارد.

یکی از روترهایی که به عنوان سرور DHCP عمل می کند نیز به عنوان مدیر Capsman در روتر میکروتیک عمل می‌کند. روترهای دیگری که به عنوان رله DHCP عمل می‌کنند با رابط “Capsman” از سرور DHCP مدیریت می‌شوند. همگام سازی “Capsman” برای شناسایی خودکار رابط مناسب در سمت رله DHCP به زمان نیاز دارد.