Назначение маршрутизатора в сети. От чего защищает встроенный брандмауэр

Современные цифровые компьютерные сети имеют чрезвычайно разветвленную топологию, множество соединений и сложнейшие алгоритмы адресации и перенаправления потоков траффика. Для обеспечения бесперебойной работы этой системы служат специальные устройства, маршрутизирующие информацию и следящие за ее корректной доставкой. Так что такое маршрутизатор?

Итак, что такое маршрутизатор? Это сетевое устройство, перенаправляющее пакеты данных в одной или нескольких подсетях в соответствие с некоторым заранее определенным принципом. В отличие от концентратора (хаба) и коммутатора (switch), которые просто соединяют компьютеры физической линией, маршрутизатор анализирует пакеты данных, определяет адресата и выбирает маршрут данных исходя из полученных сведений. Первые модели могли определять маршруты только по заданной администратором карте, современные же модели способны анализировать текущую производительность сети, отслеживать изменения топологии и определять классы приоритета траффика, предоставляя более быстрые каналы и короткие маршруты интерактивному контенту за счет менее значимых потоков файлов и, к примеру, электронной почты. Кроме профессиональных роутеров, отвечающих за функционирование сетей целых городов и регионов (так называемых маршрутизаторов уровня ядра) существуют и компактные модели, предназначенные для контроля и распределения траффика в отдельной квартире или офисе.

Маршрутизатор: устройство и принцип работы

Каждый маршрутизатор имеет один или несколько портов, память для хранения таблиц маршрутизации и процессор, обрабатывающий пакеты и другую служебную информацию.

Из каждого входящего пакета маршрутизатор извлекает адреса, сверяется с таблицей маршрутизации и, если обнаруживает, что имеется путь, по которому пункт назначения может быть достигнут, пересылает пакет через нужный порт. Однако, если адрес указан некорректно, маршрут отсутствует, либо пересылка запрещена настройками безопасности — пакет отбрасывается.

К системе безопасности относят:

• Firewall — некоторые адреса или порты могут быть закрыты полностью, ни один пакет никогда не попадет и не покинет сеть при правильной настройке этой подсистемы.
• VPN — виртуальные частные сети. При этом внутри (а точнее, «поверх») сети формируется виртуальный зашифрованный сегмент, имеющий собственную систему адресации. Чужие компьютеры не смогут отправить вредоносные пакеты при такой организации траффика.
• NAT — трансляция сетевых адресов. Роутер изменяет заголовок пакета таким образом, чтобы скрыть подробности внутренней организации сети от внешних наблюдателей. Любой внутренний адрес транслируется в определенный внешний, прозрачно для приложений, использующих сеть.

Часто роутеры имеют систему автоматической генерации таблицы маршрутизации по заданным параметрам, указываемым либо администратором сети через специальный интерфейс, используя один из разработанных протоколов (RIP, OSPF, BGP), рассчитывающих метрики (производительность и приоритетность) сетей, размер пакета, классы траффика и прочие сведения.

Технологии современных маршрутизаторов

Современные маршрутизаторы умеют перенаправлять траффик не только в проводных сетях, но и осуществлять транслирование данных между наземными и беспроводными сегментами, породив целый класс устройств, называемых . Точно таким же образом к некоторым устройствам можно подключать оптоволоконные линии.

Часто в одном корпусе заключен не только маршрутизатор, но и сервер DHCP, автоматически настраивающий сетевые интерфейсы подключенных компьютеров и добавляющий их в таблицу маршрутизации, сервер печати, распознающий пакеты, предназначенные для принтера и управляющий подключенным к роутеру печатающим устройством, веб-сервер для организации веб-интерфейса к консоли управления и (фотографиям, музыке, видео), хранящемуся на дисках (технология, близкая к NAS).

Роутером может служить не только специальное устройство, но и компьютер со специфическим программным обеспечением и одной и более сетевыми платами.

Маршрутизатор (роутер) — это сетевое устройство, необходимое для перенаправления пакетов данных в одной или нескольких подсетях с помощью того или иного принцица. Маршрутизатор может анализировать данные, определяет адресата и выбирает маршрут уже исходя из полученной информации. Отчасти устройство напоминает компьютер, что, в общем-то, так и есть. Если коммутатор (свитч) может создать локальную сеть между несколькими компьютерами, то маршрутизатор способен соединить несколько сетей одновременно, причем с разными ip-адресами.

Интересно, что если первые модели роутеров могли определять маршруты только лишь по тем сведениям, которые указывал администратор, то современные модели способны в автоматическом режиме анализировать технологии и текущую производительность, определять классы приоритета трафика, строить короткие маршруты и т.п.

Обратите внимание, что существуют профессиональные маршрутизаторы, которые работают в крупных предприятиях и способны поддерживать огромную сеть, вплоть до целых городов. Также существуют и более компактные роутеры, которые используются для создания сети и распределения трафика в квартире или офисе компании.

Зачем нужен маршрутизатор?

Причин, на самом деле, много. Вот основные из них.

• Создание и объединение сети. Например, как в примере с офисом компании, где администратор может иметь доступ к каждому из компьютеров.

• Подключение к интернету. Можно подключиться к интернету напрямую (с помощью кабеля), а можно через роутер. Этот способ в том числе позволит раздавать интернет (смотрите следующий пункт).

• Раздача интернета. Собственно, это основная причина, по которой роутеры приобретают для дома: они способны раздавать интернет на компьютеры или прочие устройства.

• Защита домашней сети от угроз из сети.

• Контроль трафика и запрет посещения тех или иных ресурсов.

Принцип работы маршрутизатора

Что касается принципа работы маршрутизатора, то он довольно простой, однако если начать оперировать различными терминами, боюсь, вы ничего не поймете. Поэтому попробую объяснить все простыми словами.

Данные в интернете передаются с помощью пакетов. В каждом из пакетов имеется адрес доставки. Когда маршрутизатор получает пакет, он находит адрес, который указан в пакете, и отправляет его по указанному адресу с помощью того или иного способа. Это если вкратце.

Внешний вид маршрутизатора

Здесь все просто — наверняка большинство из вас видели роутеры, а у многих они есть в квартирах или офисах. Обычно это небольшое устройство с определенным дизайном. Поскольку роутеры обычно находятся на видном месте, то дизайнеры стараются приукрасить устройство.

На лицевой стороне корпуса обычно нет ничего, кроме индикаторов, которых может быть немало, например, более 10. На лицевой стороне иногда может находится кнопка включения и выключения устройства.

Куда более интересна задняя сторона. Здесь мы можем увидеть много интересного.

• Антенна, если таковая вообще имеется в устройстве.

• Разъем для блока питания.

• Кнопка включения, если имеется.

• WAN-порт, который используется для подключения к интернету.

• LAN-порты. Их количество может быть самым разнообразным, но для небольших роутеров их количество редко превышает 8 штук.

• (Reset).

• На некоторых моделях присутствует USB-порт.

Стоит отметить, что роутеры для домашнего использования сегодня очень популярны. Не в последнюю очередь из-за своей стоимости — некоторые модели можно приобрести менее, чем за 1 тысячу рублей, профессиональные дороже в несколько раз. Основные проблемы пользователи испытывают при настройке маршрутизатора, поскольку неподготовленного человека все эти цифры и буквы, которые необходимо вводить в интерфейсе устройства, могут повергнуть в шок. К счастью, сегодня выпускаются специальные прошивки, которые используются для настройки сети под определенного провайдера. Кроме того, в офисе провайдера настройка роутера обычно производится бесплатно.

Сегодня большинство устройств снабжается специализированными радио-модулями, которые при помощи технологии Wi-Fi могут связываться с различными другими устройствами. Но основное предназначение данного модуля – выход в интернет на высокой скорости.

Несмотря на развитие современных технологий, провайдеры все ещё предоставляют интернет по проводной технологии. Именно поэтому на смену проводным роутерам пришли роутеры, работающие по технологии Wi-Fi. Данные устройства обеспечивают одновременный доступ к одному интернет-каналу множеству устройств.

Определение роутера

Роутер (или маршрутизатор) по сути своей является своего рода мини компьютером. Он выполняет функцию распределения ресурсов интернет-канала. Зона покрытия Wi-Fi-роутера может быть очень разной, все зависит от модели и её типа.

Используется роутер как точка доступа, которая выполняет следующие функции:

• пересылку пакетов с данными между отдельными сегментами одной сети;
• связывает различные сети между собой (каждая сеть может обладать своей собственной архитектурой);
• может осуществлять пересылку различной информации на основе топологии сетевой архитектуры.

Имеется некоторое сходство между маршрутизатором и хабом (концентратором). Заключается оно в различном сетевом уровне, на которых работают эти два устройства. Роутер работает на 3-ей сетевой модели под названием OSI. Хаб же работает на 1-ом уровне или на 2-ом.

Назначение роутера

Wi-Fi-роутер предназначен для организации сетевого пространства. Причем применяется он не только в качестве моста для создания связи между интернет-провайдером и различными сетевыми устройствами, но также как связующее звено между различными устройствами локальной сети.

Существует три основных предназначения Wi-Fi-роутера:

Принцип работы роутера

Принцип работы всех роутеров самых разных типов (переносных, домашних, проводных и беспроводных) практически не отличается. Заключается он в нахождении по специальной таблице, содержащейся в памяти роутера, адреса получателя передаваемых данных. В случае отсутствия необходимого адресата, пакет попросту не обрабатывается, обнуляется.

Таблица маршрутизации выглядит примерно следующим образом:

Также информация может передаваться некоторыми другими способами, при которых используется:

• адрес отправителя;
• протоколы самых разных уровней;
• содержимое заглавий сетевых пакетов;
• различная другая информация.

Многие роутеры могут осуществлять следующие операции:

• транслировать адреса, как получателя, так и отправителя;
• фильтровать транзитный поток данных;
• шифровать и расшифровывать данные.

Обзор роутеров

Существует множество моделей роутеров различных типов.

Условно все их можно разделить на следующие категории:

Также роутеры разделяются по типу подключения:

Домашний роутер – наиболее часто встречаемый вариант концентратора. Данное сетевое оборудование имеет несколько более крупные габаритные размеры, нежели остальные типы (внутренние, мини и автомобильные).

Но обладают рядом преимуществ перед своими собратьями:

• большая зона покрытия;
• простота настройки;
• удобство эксплуатации.

Отличная модель домашнего роутера с компромиссной ценой — TP-Link TL-WR841N. Его работа довольно стабильна, а стоимость невысока.

Фото: оптимальное соотношение цена — качество

Автомобильные роутеры – наиболее миниатюрные из всех разновидностей. Они отличаются крайне компактными размерами. Также довольно часто производители оснащают его противоударным корпусом. К недостаткам можно отнести небольшую зону покрытия. Питание осуществляется обычно от автомобильной проводки – где присутствует напряжение 12 (В).

Одна из самых распространенных моделей роутеров 3G -UMTS ZTE MF60. Отличается компактностью и довольно долго держит заряд батареи.

Мини-роутеры, имеют очень скромные габаритные размеры. Они позволяют использовать его даже в местах, где количество свободного пространство очень ограничено. Данную разновидность сетевых устройств также иногда называют карманным Wi-Fi роутером.

Роутеры для телевизора –узкоспециализированное оборудование, предназначенное для подключения к телевизору. Используется с различными моделями, которые оснащаются возможностью подключения к интернету.

3G Wi-Fi роутеры – концентраторы, имеющие возможность подключаться к сотовой сети по средствам технологии 3G. Оснащаются специальным радиомодулем, позволяющим осуществлять коммуникацию через обычную сим-карту оператора сотой связи. Одним из самых популярных роутеров такого типа является H25A 3G WiFi.

Внешними Wi-Fi-роутерами называют все роутеры, располагающиеся вне персонального компьютера. Внутренние роутеры обычно представляют собой небольшого размера платы, помещающиеся внутрь системного блока персонального компьютера. По своему функционалу они практически не различаются. В некоторых случаях внутренние роутеры более удобны, так как их можно легко разместить внутри корпуса. И они не занимают место на столе или в другом месте.

Ни чем отличаться роутеры друг от друга глобально не могут. В основе работы всех устройств лежит один и тот же принцип.

Таблица стоимости роутеров

Роутеры разделяются на различные категории не только по типам, но также и по стоимости. Что делает выбор подходящей модели гораздо легче – можно легко подобрать как очень дорогую модель с множеством дополнительных функций, так и самую дешевую.

Функции и характеристики роутеров

Для комфортной работы дома или в офисе необходим Wi-Fi-роутер, умеющий поддерживать достаточно широкий канал, а также иметь хорошие эксплуатационные характеристики:

• одна из самых важных характеристик роутеров – поддержка таких стандартов, как IEEE 802.11g, IEEE 802.11n. В первом случае возможен обмен данными на скорости в 54 Мбит/с через шлюз, во втором случае – до 600 Мбит/с;
• желательно наличие USB-порта и возможности использования технологии 3Gдля подключения к интернету. Это даст возможность избежать наличия большого количества разнообразных проводов под ногами;
• желательно чтобы роутер поддерживал работу с такими протоколами, как L2TPи PPTP. В противном случае работа с некоторыми Интернет-провайдерами будет попросту невозможна (например, с «Билайн»).

Видео: обзор Wi-Fi роутер «Upvel UR-309BN»

Возможности и отличия роутеров

Wi-Fi-роутер имеет множество возможностей:

• в большинстве моделей имеется возможность подключения не только при помощи Wi-Fi, но также с использованием обычного сетевого кабеля (витой пары). Что позволяет объединять ПК в одну сеть для обмена данными между ними;
• роутер закрепляет за каждым устройством сети персональный IP-адрес от DHCP-сервера;
• интернет канал от провайдера может подключаться к роутеру при помощи интерфейса WAN;
• многие маршрутизаторы оснащаются USB-разъемами.

Также некоторые роутеры могут отличаться от своих собратьев наличием различных дополнительных возможностей:

• VoIP модуль позволяет пользоваться услугами IP-телефонии (на корпусе присутствует специальный разъём для подключения телефонной линии);
• наличие USB-разъема позволяет подключать различные устройства напрямую к роутеру.

Обычно чем дороже модель маршрутизатора, тем большими возможностями он обладает. Многие не знают, как использовать различные дополнительные функции – вся необходимая информация имеется в сопроводительной документации устройства. С каждым годом производитель все сильнее упрощает технологию настройки и использования своих устройств, тем самым делая Wi-Fi-интернет все более доступным для широких масс.

Большинство даже не очень опытных пользователей уже давно знает, что означает словосочетание Wi-Fi-роутер. Так как интернет и беспроводные технологии связи уже очень плотно вошли в нашу жизнь. Именно поэтому в большинстве современных домов и квартир имеется устройство, выполняющее функцию распределения интернета между отдельными устройствами.

Обычно для создания простой локальной сети (компьютерной сети) построенной на технологии Ethernet или Wi-Fi используется сетевое устройство (маршрутизатор, модем, коммутатор, точка беспроводного доступа...). Но из всего этого многообразия сетевых устройств нас интересует маршрутизатор. Так зачем нужен маршрутизатор и какую роль он выполняет в локальной сети?

Маршрутизатор (router) - это сетевой компьютер связывающий участки локальной сети, который обрабатывает полученные данные по заданным правилам администратора и опираясь на таблицу маршрутизации определяет путь для пересылки данных.

Чтобы было более понятно, давайте разберем участие маршрутизатора в домашней локальной сети. Предположим, что у вас дома есть настольный компьютер (desktop), ноутбук (laptop), принтер или МФУ (Многофункциональное устройство), планшет и в добавок вы хотите купить телевизор Smart с 3D. К вам в квартиру заходит всего лишь одинкабель LAN по которому провайдер предоставляет вам доступ к сети интернет. Возникает вопрос: "Как одновременно всем устройствам дать выход в сеть интернет, если кабель от провайдера в квартире один?".

Вот тут-то и приходит на помощь беспроводной маршрутизатор, который можно подключить к кабелю провайдера (верхнее изображение) и дать всем устройствам (Smart TV, компьютер, планшет...) выход в сеть интернет. Если провайдер использует телефонные линии, то подключение маршрутизатора к сети интернет выполняется через модем (нижнее изображение). Связь домашних устройств с беспроводным маршрутизатором осуществляется по кабелю LAN (опрессовка витой пары без инструмента) и по беспроводной сети Wi-Fi (примеры слабого сигнала Wi-Fi).

Принцип работы маршрутизатора.

Таким образом маршрутизатор связывает разнородные сегменты сети (локальную домашнюю сеть и глобальную сеть интернет) и на основе таблицы маршрутизации отправляет данные адресату.

Таблица маршрутизации - это электронная база данных в маршрутизаторе, которая представляет из себя некий набор правил. В ней содержится информация о сетевых маршрутах по которой определяется наилучший путь для передачи пакета данных.

Таблица содержит в себе адрес и маску сети назначения, адрес шлюза (маршрутизатор в сети на который отправляются данные), метрику (расстояние) и интерфейс (имя или идентификатор устройства).

Следует сказать, что маршрутизатор в отличии от коммутатора не умеет составлять таблицу на основе информации из полученных пакетов. Она храниться в его памяти и может создаваться динамически или статически.

Через специальные протоколы маршрутизатор время от времени по каждому адресу отправляет тестовую информацию и на полученных данных поддерживает фактическую карту сети. Другими словами маршрутизаторы периодически сканируют сеть и обмениваются информацией друг о друге и сети к которой они подключены. Этот процесс называется динамической маршрутизацией.

Статическая маршрутизация подразумевает создание таблицы администратором вручную. В этом случае вся маршрутизация выполняется без участия специальных протоколов.

В отличии от коммутатора (Switch/уровень 2 в OSI/"Канальный") и концентратора (Hub/уровень 1 в OSI/"Физический") маршрутизатор стоит на голову выше, так как работает на третьем уровне в модели OSI (базовая эталонная модель), который называется "Сетевым".

Наиболее распространенные разновидности технологий Ethernet

Обзор современных локальных сетей Ethernet

Ethernet (эзернет, от лат. aether - эфир) - пакетная технология компьютерных сетей.

Ethernet наиболее популярное во всем мире семейство стандартов для локальных сетей, которое охватывает физический и канальный уровень модели OSI. Стандарты Ethernet отличаются поддерживаемой скоростью; широко распространены на сегодняшний день скорости 10, 100 и 1000 Мбит/с (т.е. 1 Гбит/с). Различные варианты технологии также отличаются типом используемой среды передачи данных, например, в наиболее популярных стандартах Ethernet используется недорогой тип кабеля, а именно неэкрани рованная витая пара (Unshielded Twisted Pair UTP), в то время как в других более дорогой оптоволоконный кабель. Использование оптоволоконного кабеля оправдано в том случае, если нужно подключить устройства, которые находятся на большом рас стоянии друг от друга, или в случае повышенных требований к безопасности сети. Для обеспечения различных потребностей при создании локальных сетей и были разработаны различные стандарты, работающие на разных скоростях, разном типе среды передачи данных (чем больше расстояние, тем дороже технология) и т.п. Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) опубликовал множество стандартов Ethernet, после того, как в начале 1980х он возглавил процесс стандартизации локальных сетей. Большинство стандартов поразному реализовано на физическом уровне, работает с различными скоростями и типами кабелей.

В стандартах IEEE канальный уровень разделен на два подуровня:

 IEEE 802.3 подуровень контроля доступа к среде передачи данных

(подуровень MAC);

 IEEE 802.2 подуровень управления логическим каналом (подуровень LLC).

Фактически MAC-адрес получил свое название от названия нижнего подуровня канального уровня Ethernet. Каждый новый стандарт физического уровня, публикуемый IEEE, содержит дос таточно много отличий от предшествующих, но при этом использует тот же заголовок формата 802.3 и подуровень LLC в качестве верхнего уровня.

В табл. 3.2 перечислены наиболее часто используемые стандарты Ethernet IEEE

для физического уровня.

Таблица 3.2. Наиболее распространенные разновидности технологии Ethernet

Прикладной уровень (Application layer). Верхний (7-й) уровень модели, обеспечивает взаимодействие сети и пользователя. Уровень разрешает приложениям пользователя доступ к сетевым службам, таким как обработчик запросов к базам данных, доступ к файлам, пересылке электронной почты. Также отвечает за передачу служебной информации, предоставляет приложениям информацию об ошибках и формирует запросы к уровню представления. Пример: HTTP, POP3, SMTP.

Уровень представления (Presentation layer). 6-й уровень отвечает за преобразование протоколов и кодирование/декодирование данных. Запросы приложений, полученные с уровня приложений, он преобразует в формат для передачи по сети, а полученные из сети данные преобразует в формат, понятный приложениям. На уровне представления может осуществляться сжатие/распаковка или кодирование/декодирование данных, а также перенаправление запросов другому сетевому ресурсу, если они не могут быть обработаны локально.

Сеансовый уровень (Session layer). 5-й уровень модели отвечает за поддержание сеанса связи, что позволяет приложениям взаимодействовать между собой длительное время. Сеансовый уровень управляет созданием/завершением сеанса, обменом информацией, синхронизацией задач, определением права на передачу данных и поддержанием сеанса в периоды неактивности приложений. Синхронизация передачи обеспечивается помещением в поток данных контрольных точек, начиная с которых возобновляется процесс при нарушении взаимодействия.

Транспортный уровень (Transport layer). 4-й уровень модели, предназначен для доставки данных без ошибок, потерь и дублирования в той последовательности, как они были переданы. При этом неважно, какие данные передаются, откуда и куда, то есть он предоставляет сам механизм передачи. Блоки данных он разделяет на фрагменты, размер которых зависит от протокола, короткие объединяет в один, а длинные разбивает. Протоколы этого уровня предназначены для взаимодействия типа точка-точка. Пример: TCP, UDP

Сетевой уровень (Network layer). 3-й уровень сетевой модели OSI, предназначен для определения пути передачи данных. Отвечает за трансляцию логических адресов и имён в физические, определение кратчайших маршрутов, коммутацию и маршрутизацию, отслеживание неполадок и заторов в сети. На этом уровне работает такое сетевое устройство, как маршрутизатор.

Канальный уровень (Data Link layer). Этот уровень предназначен для обеспечения взаимодействия сетей на физическом уровне и контроля за ошибками, которые могут возникнуть. Данные, полученные с физического уровня, он упаковывает во фреймы, проверяет на целостность, если нужно исправляет ошибки и отправляет на сетевой уровень. Канальный уровень может взаимодействовать с одним или несколькими физическими уровнями, контролируя и управляя этим взаимодействием. Спецификация IEEE 802 разделяет этот уровень на 2 подуровня - MAC (Media Access Control) регулирует доступ к разделяемой физической среде, LLC (Logical Link Control) обеспечивает обслуживание сетевого уровня. На этом уровне работают коммутаторы, мосты. В программировании этот уровень представляет драйвер сетевой платы, в операционных системах имеется программный интерфейс взаимодействия канального и сетевого уровней между собой, это не новый уровень, а просто реализация модели для конкретной ОС. Примеры таких интерфейсов: ODI, NDIS

Физический уровень (Physical layer). Самый нижний уровень модели, предназначен непосредственно для передачи потока данных. Осуществляет передачу электрических или оптических сигналов в кабель или в радиоэфир и соответственно их приём и преобразование в биты данных в соответствии с методами кодирования цифровых сигналов. Другими словами, осуществляет интерфейс между сетевым носителем и сетевым устройством. На этом уровне работают концентраторы (хабы), повторители (ретрансляторы) сигнала и медиаконверторы. Функции физического уровня реализуются на всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

В основном используются протокол TCP/IP

Определение:

Transmission Control Protocol/Internet Protocol, TCP/IP (Протокол управления передачей/Протокол Интернета)

Большинство операционных систем сетевых серверов и рабочих станций поддерживает TCP/IP, в том числе серверы NetWare, все системы Windows, UNIX, последние версии Mac OS, системы OpenMVS и z/OS компании IBM, а также OpenVMS компании DEC. Кроме того, производители сетевого оборудования создают собственное системное программное обеспечение для TCP/IP, включая средства повышения производительности устройств. Стек TCP/IP изначально применялся на UNIX-системах, а затем быстро распространился на многие другие типы сетей.

Протоколы локальных сетей

Протоколы локальных сетей

Свойства протоколов локальной сети

В основном протоколы локальных сетей имеют такие же свойства, как и Другие коммуникационные протоколы, однако некоторые из них были разработаны давно, при создании первых сетей, которые работали медленно, были ненадежными и более подверженными электромагнитным и радиопомехам. Поэтому для современных коммуникаций некоторые протоколы не вполне пригодны. К недостаткам таких протоколов относится слабая защита от ошибок или избыточный сетевой трафик. Кроме того, определенные протоколы были созданы для небольших локальных сетей и задолго до появления современных корпоративных сетей с развитыми средствами маршрутизации.

Протоколы локальных сетей должны иметь следующие основные характеристики:

обеспечивать надежность сетевых каналов;

обладать высоким быстродействием;

обрабатывать исходные и целевые адреса узлов;

соответствовать сетевым стандартам, в особенности - стандарту IEEE 802.

В основном все протоколы, рассматриваемые в этой главе, соответствуют перечисленным требованиям, однако, как вы узнаете позднее, у одних протоколов возможностей больше, чем у других.

В таблице перечислены протоколы локальных сетей и операционные системы, с которыми эти протоколы могут работать. Далее в главе указаны протоколы и системы (в частности, операционные системы серверов и хост компьютеров) будут описаны подробнее.

Таблица Протоколы локальных сетей и сетевые операционные системы

Понятие протокола Интернет

Очевидно, что рано или поздно компьютеры, расположенные в разных точках земного шара, по мере увеличения своего количества должны были обрести некие средства общения. Такими средствами стали компьютерные сети. Сети бывают локальными и глобальными. Локальная сеть - это сеть, объединяющая компьютеры, географически расположенные на небольшом расстоянии друг от друга - например, в одном здании. Глобальные сети служат для соединения сетей и компьютеров, которых разделяют большие расстояния - в сотни и тысячи километров. Интернет относится к классу глобальных сетей.

Простое подключение одного компьютера к другому - шаг, необходимый для создания сети, но не достаточный. Чтобы начать передавать информацию, нужно убедиться, что компьютеры "понимают" друг друга. Как же компьютеры "общаются" по сети? Чтобы обеспечить эту возможность, были разработаны специальные средства, получившие название "протоколы". Протокол - это совокупность правил, в соответствии с которыми происходит передача информации через сеть. Понятие протокола применимо не только к компьютерной индустрии. Даже те, кто никогда не имел дела с Интернетом, скорее всего работали в повседневной жизни с какими-либо устройствами, функционирование которых основано на использовании протоколов. Так, обычная телефонная сеть общего пользования тоже имеет свой протокол, который позволяет аппаратам, например, устанавливать факт снятия трубки на другом конце линии или распознавать сигнал о разъединении и даже номер звонящего.

Исходя из этой естественной необходимости, миру компьютеров потребовался единый язык (то есть протокол), который был бы понятен каждому из них.

Основные протоколы используемые в работе Интернет:

Роутер (router, маршрутизатор) – электронное устройство, пересылающее сетевые пакеты данных меж сегментами, руководствуясь определёнными правилами. Домашний чаще просто разделяет два домена. IP-адреса локальной сети извне невидимы. Формально маршрутизатор задаёт направление движения трафика. Постепенно пакет достигает адресата.

Организация сложных, ветвящихся топологий для экономизации, повышения скорости требует фильтровать движущийся поток информации. Потому что протокол Ethernet, по большому счету широковещательный. Представьте: запрос поисковику транслировался бы всем, всем землянам, включившим персональный компьютер. Форменная DDoS-атака. Подобное положение дел сильно снизит эффективность интернета, практически обнулив скорость. Маршрутизаторы защищают коммуникации против подобных коллизий.

Назначение

Маршрутизатор продуманной отправкой сообщений призван разгрузить трафик сети. Дальнейшая оптимизация ведётся продуманной политикой администратора, программным обеспечением самого роутера. Подробности изложены ниже.

Профессиональное определение гласит: маршрутизатор занимается реализацией третьего (сетевого) уровня протокола OSI. В отличие от:

• Коммутаторов (2 уровень).
• Концентраторов (1 уровень).

Принцип действия

Устройство принимает пакет, расшифровывает адрес, при необходимости подменяет указанное поле сообразно требованиям сегмента сети, где расположился целевой ПК. Например, локальная комбинация 127.0.0.1 явно недоступна извне. Чтобы пакет, сформированный сервером заправского сайта, достиг браузера, железо заботливо определит маршрут, вставит требуемые цифры. Правила замещения кратко описаны:

1. Таблицами маршрутизации.
2. Политикой маршрутизации.

Домашний металлолом просто проталкивает пакеты (форвардинг). Ядро корпоративного железа решает задачи посложнее. Наличие разнородных роутеров, сообщающихся сетью, потребует составления протокола конвертации пакетов. Каждый строит таблицу маршрутизации, содержащую предпочтительные пути передачи трафика меж любыми двумя подсистемами. Сетевые элементы принято разбивать на 2 плоскости:

1. Контрольная – прорисовывает сетевую топологию, либо содержит таблицу, показывающую порядок обработки каждой разновидности приходящих пакетов. Каждая функция плоскости реализуется выделенным архитектурным элементом. По большей части таблица содержит адреса назначения, разбитые сообразно портам. Директивы построения маршрута могут быть заданы заранее (статические), либо формироваться протоколом (динамические). Информация сохраняется. Потерявшие актуальность элементы постепенно зачищаются, для функционирования плоскости форвардинга строится база данных.
2. Форвардинга – занимается продвижение пакетов меж входными и выходными портами. Иногда структуры приходится преобразовать сообразно топологии. Помогает выполнить необходимые операция таблица, сформированная контрольной плоскостью.

Статическая адресация

Обычно статическую маршрутизацию назначает человек. Настройщик вводит значения сетевых адресов, используя интерфейс настройки оборудования (адрес 192.168.0.1 и так далее). Администратор заполняет собственноручно таблицу (не всегда). Ощутимым минусом называют невозможность отслеживания оборудованием текущих изменений конфигурации сети. Статическая маршрутизация не исключает динамическую, скорее обе дополняют функционал друг друга.

Помимо доморощенного принципа использования браузера профессиональный админ наделён знаниями и о других путях выставления настроек. Профессиональный интерфейс предназначен для упрощения функции корректировки баз на уровне корпоративной сети.

Преимущества

• Проще задать фиксированный маршрут, отсекающий ненужные порты устройства. Привносит упорядоченность хозяйству коммуникаций.
• Идеально подходит малым сетям, использующим 1-2 маршрута. Исключение трафика формирования динамической таблицы сильно повышает производительность.
• Иногда статически задают маршруты на случай отказа, обеспечивая бесперебойную работу сети.
• Нонсенс, но фиксированные пути часто выступают надёжным средством распространения информации протоколов.

Сформированный заблаговременно список маршрутов значительно разгружает процессор роутера. Администратор получает полный контроль.

Недостатки

• Человеческий фактор. Специально, либо намеренно оператор способен нарушить работоспособность оборудования.
• Невозможность обработки отказов. При поломке оборудования нарушается доставка пакетов полностью. Придётся ждать устранения поломки.
• Общепринято доминирование статических адресов. Сказанное может нарушать работу протоколов. Администратор может легко исправить недочёт, изменив дистанцию в настройках оборудования.
• Трудоёмкость процесса изменения конфигурации. Администратору приходится вручную вносить поправки. Процесс иногда сильно затягивается.

Условия продвижения пакета определяют текущие, сложившиеся условия. Настройка выполняется автоматически. Гибкая корректировка баз данных помогает «выжившим» маршрутизаторам продолжать выполнять работу, юзерам – пользоваться благами цивилизации. Простыми словами:

• Динамическая маршрутизация автоматически реализуется оборудованием, сохраняя работоспособность даже повреждённой, местами отказавшей сети.

Следует упомянуть изначальное назначение попыток связать воедино вычислители. Американские военные предполагали выход из строя части боевых компьютеров. Назначение коммуникаций – сохранение возможности эффективного управления линией противовоздушной обороны даже в таких варварских условиях. Скайнет из Терминатора не совсем выдумка (как это принято считать)…

Полагаем, динамическая маршрутизация эволюционно стала первой. Однако завеса военной тайны скрыла подробности реализации алгоритмов.

Протоколы

Передавать от маршрутизатора соседнему информацию помогает специальный протокол. Их выработано несколько (дань конкуренции).

1. RIP реализует дистанционно-векторный алгоритм (лишённый петлевого трафика). Пакет постепенно, рывками преодолевает маршрут.
2. OSPF (структурная часть IGP) – протокол нахождения кратчайшего пути, использующий алгоритм Дейкстры. Строит граф, вычисляет кратчайшее расстояние.
3. IS-IS вычисляет лучший путь в сетях с коммутацией пакетов.

Чаще маршрутизатор на лету решает дальнейшую судьбу пакета. Постоянный поиск, оптимизация вызывают появление улучшенных протоколов, как например, алгоритм основного дерева, помогающий убрать циклы, петли. Соседняя ветвь недоступна, пока работоспособна текущая. Алгоритм групповой адаптации предусматривает пересылку ныне свободному порту. Агрегация связей эффективна для трафика соединений, разбитого на более узкие полосы.

Типичные применения

Помимо компьютерных сетей технология находит широкое признание специалистов. Гибкая подстройка помогает изучать нейронные процессы, сообщать пассажирам свежие новости о поездах, самолётах. Финансисты любят инструменты, достоверно отражающие курсы ценных бумаг, валют.

Правильным считают применение динамической маршрутизации для построения контактных центров. Мера делает оператора независимым от роутера, целостности кабеля. Система целиком работает лучше, меньше становится отказов, звонок достигает именно свободного оператора. Достигается омниканальность.

Таблица маршрутизации

База данных IP-адресов сохраняется маршрутизатором, либо локальным ПК. Внутри находятся готовые пути для адресатов, используя которые процессор выбирает нужный порт отправки. Иногда данные дополнены дистанциями маршрутов (условная величина длительности процесса передачи). Непременно имеется информация, описывающая топологию прилегающих сегментов. Именно формирование таблиц маршрутизации составляет главную цель функционирования протоколов маршрутизации.

• Таблица маршрутизации – хранилище занесённой администратором, либо протоколами информации о путях передачи пакетов.

Используется принцип почты. Подобно человеку, выбирающему адрес пересылки, оборудование получает возможность правильно определять направление движения пакеты данных. При невозможности немедля доставить послание маршрутизатор начинает выбирать оптимальный путь движения. Поэтапно посылка вручается получателю.

Попутно динамическая система обучается, дополняя таблицу. Информацию хранит локальная оперативная память. Размер чипов ограничен. Типичная база содержит:

Информационная база форвардинга

Таблицу пересылки часто называют MAC. Информация помогает выбрать устройству правильный порт движения информации. Карта проводит соответствие MAC-адресов сетевых плат и интерфейсов роутера. База формирует главное отличие коммутаторов от концентраторов. Поскольку адреса часто хранит ассоциативная память, то таблицы также называют CAM (сообразно латинской аббревиатуре).

Маршрутизатор стоит несколько выше коммутатора, поскольку умеет учитывать топологию сегментов. Однако таблица пересылки функционирует схожим образом. Без неё устройство станет концентратором, станет пересылать принятый пакет абсолютно всем портам. Ассоциативная память сопоставляет реальные MAC-адреса компьютеров выходным интерфейсам. Чем существенно ускоряется процесс пересылки.

Роутер динамически выучивает цифры, принимая пакеты. Пример – ARP (протокол определения адреса).

Выше слоя данных MAC лишён смысла. Исключение составляют мосты Ethernet. Устройства, работающие с более высокими уровнями OSI, активно занимаются ретрансляцией кадров, используют асинхронную передачу, многопротокольную коммутацию по меткам. Примеры:

Хорошим стилем считается проверка истинности приходящих пакетов – соответствие текущих параметров заголовка заявленным оригинальной сетью, сайтом. Однако груда информации сильно засоряет память роутера, значительно усложняя практическую реализацию концепции.

Пока что документы IETF отказываются учитывать попытки пиратов подделать ресурсы. Трудностей добавляет желание дублировать канал путём подключения нескольких провайдеров – типичный корпоративный вариант.

Именно таблица пересылки, где находятся IP-адреса, становится частым объектом хакерских атак «посредников». Злоумышленники жаждут перенаправить трафик нужным образом.

Конструкция, характеристики

Главным видимым извне компонентом назовём порты. Сегодня интерфейс уровня канала может быть следующего характера:

1. Кабель.
2. Оптическое волокно.
3. Беспроводной Wi-Fi.

Разница существенная: конфигурация оптического разъёма мало напоминает типичный RJ-45 Ethernet. Выглядит иначе, но коренное отличие – частоты передаваемых сигналов. Оптике нужен светодиод. Именно высокой частотой отличается фибре от кабеля.

Прибор поддерживает фиксированный набор сетевых технологий. Чаще всего – привычный Ethernet. Многие устройства вдобавок поддерживает подсети, отличающиеся префиксом. Обычно топология провайдеров напоминает дерево.

Каждому уровню соответствует фиксированный набор функций. Поэтому бесполезно брать домой Juniper PTX. Сложное оборудование больше подойдёт крупной корпорации. Аналогичным образом существуют модели, нацеленные удовлетворить запросы провайдеров. Поэтому внутри предприятий внимательный глаз заметит оборудование практически любого уровня.

Типичные функции

Ранее существовал бэкбон интернета, однако сегодня топология стала столь размытой, что досконально проследить назначение оборудования затруднительно.

История

Основы концепции заложил (1966) Дональд Дэвис, конструируя британскую сеть NPL. Технологии быстро переняли американцы, стремящиеся соорудить слаженную линию обороны (ARPANET). Плата IMP (процессор интерфейса сообщений) выступала узлом сети, занимающимся коммутацией сообщений. Конструкция просуществовала вплоть до развала СССР, упразднена в 1989 году, составив первое поколение шлюзов, ставшее эволюционно роутерами.

Ранняя ласточка представляла собой ударозащищённый миникомпьютер Honeywell DDP-516, дополненный особым внешним интерфейсом связи. Часть коммутирующих функций отдали программному обеспечению. Впоследствии роль коммутаторов отдали Honeywell 316, лишённым особой защиты. Новички тянули примерно две трети производительности, стоя вдвое дешевле. Соединение с хостами вели посредством последовательной шины передачи данных. Оборудование, программное обеспечение обсуждает открытый (ныне) документ RFC 1, первый из выпущенных IETF.

Дублёры

Историки любопытным образом описывают процесс. Согласно данным, в 1967 году создатели американской сети поэтапно пришли к идее внедрения выделенного компьютера для решения задач переправки пакетов данных. Вес Кларк предложил вставить «небольшой вычислитель» меж мощными оборонными ПК и магистралью. Создай эскиз участники, быстро осознали бы: достаточно единственного модуля, объединяющего отделы головного мозга ПВО США в работоспособного защитника демократии.

Однако скрупулёзные историки упоминает факт визита британских инженеров в США (тем годом). Создатели оборонной сети явно узнали о наработках коллег за океаном.

На поток

Массовым производством (1969) занялась компания BBN. Правительство заказало четыре интерфейсных модуля. Выпуск первого приурочили к Дню труда, последующие отгружали с месячным интервалом поочерёдно. Команда собралась солидная:

• Руководитель – Франк Харт.
• Программисты – Вилли Краувер, Дэйв Валден, Берни Козель, Пол Вексельблат.
• Схемотехники – Северо Орнштейн, Бен Баркер.
• Теория и интеграция – Боб Кан.
• Вспомогательный персонал – Хоули Райзинг.
• Позже коллектив дополнили – Марти Фроуп (схемотехник), Джим Гейсман, Трут Тач (наладчики), Бел Бертель (представитель Honeywell).

Программисты стартовали в феврале 1969, подгоняя код под DDP-516. Итоговый код составил 6000 машинных слов, язык написания – ассемблер. Среду отладки запускали на PDP-1. Принцип действия машины повторял современный мессенджер. Плата принимала сообщение, ПК сохранял, затем транслировал послание адресату, исключая коллизии.

BBN закончили лишь драйвер IMP, задачу объединения четырёх машин воедино оставили будущим поколениям. ПО включало механизм контроля ошибок. Сбойные пакеты немедля уничтожались, отправитель уведомлялся. Фактором оценки достоверности выступала 24-битная контрольная сумма. Сложение велось аппаратно, поскольку требовалось удовлетворить скоростные показатели.

Изначально обслуживал IMP единственный хост, затем стали подключать несколько. Первый интерфейс доставили 30 августа 1969 года Леонарду Кляйнроку (UCLA). Хостом выступил вычислитель Sigma-7. Второй достался Стэнфордскому исследовательскому институту 1 октября, начав обслуживать SDS-940. Третий установили в Калифорнийском университете Санта-Барбары 1 ноября, четвёртый – в Университете штат Юта, месяц спустя.

Тестовый запуск

Тест первых двух интерфейсов состоялся 29 октября. Исторически первое переданное машинами слово «логин» прервалось на третьей букве. Баг молниеносно устранили, несколько минут спустя последовала успешная транзакция.

BBN разработали программу-тест, измеряющую производительность. За 27-часовой период взаимной активности вычислителей UCSB-SRI система ошибалась примерно 1 раз на 20.000 пакетов.

Второе поколение

Следующая версия (Honeywell 316) умела присоединять к вычислителям терминалы, позволяя дробить итоговую процессорную мощность меж несколькими задачами, группами исследователей. Однако второе поколение (1972) стартовало с выпуском IMP Pluribus компании BBN. Фактически железо казалось миниатюрной копией Honeywell.

Интерфейсные ПК несли службу вплоть до полного расформирования (1989). Часть машин стала обслуживать MILNET, прочие – отправились украсить полки музеев. Кляйнрок выставил на всеобщее обозрение в UCLA самый первый интерфейс.

Первый протокол

Первый протокол хост-IMP, именуемый 1822, считается предшественником OSI, опередившим современный эквивалент на 10 лет. Поэтому 1822 напрямую не вписывается в сегодняшние реалии, однако включал физический, канальный и сетевой уровни.

Адресация велась числом, напоминая современный IP. А вот протокол взаимного общения IMP послужил основой создания маршрутизаторов. Максимальная длина информационной части составляла 8159 бита, 96 – отвели заголовку. Современные пакеты иногда теряются, тогда как оборонная сеть гарантировано доставляла послание.

Первый роутер

После первых успехов часть технологий стала гражданской. Наработки компании Xerox (1974) не получили должной известности. Поэтому изобретателем первого роутера считают Джинни Штрацизара (BBN). Модуль стал частью комплекса DARPA (1975-1976). Окончательно три роутера, базировавшихся на PDP-11 обслуживали экспериментальный прототип сети интернет. Мультипротокольные маршрутизаторы параллельно создали двое (1981):

1. Вильям Йегер (Стэнфорд).
2. Ноэль Чиаппа (Массачусетс).

С тех пор сети используют стэк протоколов TCP/IP, однако мультипротокольные модели остались актуальными, например, модели поддерживающие IPv4, IPv6. Персональные ПК развивались именно в качестве маршрутизаторов. 80-е принесли миру настоящий бум цифровой техники. Начавшись кассетными магнитофонами, закончились внедрением первых персональных компьютеров. Разбег взяла всемирно известная корпорация CISCO.