Даже далеким от высоких технологий людям знакомы слова «роутер», «модем» и «маршрутизатор». Более того, если вы хотя бы раз выходили в Интернет с компьютера или ноутбука, при этом использовалось хотя бы одно из этих устройств. Но какое именно? Попробуем разобраться, а заодно выясним, что же раздает Интернет у вас дома.

Что такое роутер и для чего он нужен

Роутер, маршрутизатор и модем предназначены для передачи интернет-сигналов на устройства пользователей.

Только делают они это разными способами. Такая сеть может быть локальной или с выходом в Интернет. Если речь идет о бытовом роутере, то его задача заключается в том, чтобы распределить входящий сигнал между несколькими потребителями: компьютерами, ноутбуками, планшетами и другими гаджетами. Эти устройства подключаются как проводным способом (через Ethernet-кабель), так и по радиоканалу – через Wi-Fi.

Принцип работы роутера

Откуда берет сигнал роутер? Его предоставляет интернет-провайдер, с которым вы заключили договор. Именно провайдеру принадлежит тот кабель, который заходит в помещение с улицы и подключается в специальный разъем на роутере (WAN-порт синего цвета). Роутер играет роль посредника: получает входящий сигнал из одного источника и раздает его нескольким потребителям. Делает он это по строго определенному принципу, используя таблицу маршрутизации.

Таблица маршрутизации хранится в памяти роутера и содержит список сетевых адресов и ряд других параметров, которые важны в работе сети (маски, адреса шлюза, интерфейсы, метрики). Эта таблица является чем-то вроде адресной книги – там прописаны пути к устройствам, подключенным к роутеру. Адреса подбираются таким образом, чтобы обеспечить максимально короткий путь к устройству, присутствие которого в сети проверяется с заданным интервалом. Пакеты с интернет-данными передаются только активным потребителям. То есть если вы выключите компьютер или смартфон (как вариант – отключите в них передачу данных), очень скоро роутер об этом «узнает» и прекратит передавать данные по адресу, которому соответствует это устройство.

Как устройства взаимодействуют с роутером

Проводные устройства – а чаще всего это ПК, лишенные собственного Wi-Fi-модуля, – подключаются к роутеру по кабелю, через LAN-порты, которые для наглядности выделены желтым цветом. Устройства, в которых есть беспроводной модуль, – это почти все ноутбуки, смартфоны, планшеты и некоторые телевизоры – подключаются по радиоканалу (через Wi-Fi). Количество подключений, доступных для одного роутера, ограничено. Однако для домашнего использования в 90% случаев достаточно простой и недорогой модели роутера. А вот у беспроводного подключения есть еще одно важное ограничение – скорость. Она определяется мощностью антенны и поддерживаемым стандартом Wi-Fi, но на нее влияют и внешние факторы – например, наличие толстых стен между роутером и устройством-потребителем Интернета способно снизить скорость передачи данных.

Что еще умеет роутер

Роутер занимается не только тем, что раздает Интернет на несколько устройств-потребителей. В современных моделях встречаются и другие, не менее полезные и интересные функции. Например, некоторые роутеры выполняют функцию файрволов – «межсетевых экранов». Эти «экраны» проверяют пакеты данных на принадлежность к существующему соединению. Если роутер увидит расхождение, значит, в сеть прорывается вирус, маскирующийся под безобидный сервис. У роутеров известных производителей – Asus, D-Link, TP-Link и других – эта функция называется SPI (Stateful Packet Inspection).

Для настройки роутера используется веб-интерфейс, в котором любой пользователь, обладающий базовыми знаниями работы с ПК, легко задаст желаемые параметры работы сети. USB-порты на корпусе этого устройства нужны для подключения принтера или внешнего накопителя. В первом случае это будет полноценный сетевой принтер, а во втором – сетевое дисковое хранилище. Разместите на внешнем диске файлы, и они будут доступны всем устройствам в сети, или организуйте на него скачивание файлов из сети (например, на торрент-сервисах).

Роутер и маршрутизатор – одно и то же

Все, кто внимательно прочитали предыдущий текст, наверняка заметили там фразу «таблица маршрутизации». Выше говорилось, что именно ее построением занимается роутер. Поэтому он получил еще одно название – маршрутизатор. А роутер – транслитерация названия этого устройства (router на англ .). Оба слова примерно с одинаковой частотой используют технические специалисты, а обычные пользователи Интернета предпочитают слово «роутер».

Что такое модем и чем он отличается от роутера

Если бы модем оказался еще одним названием роутера/маршрутизатора, статью можно было бы закончить. Но модем – устройство иного плана, хотя тоже сетевое. Те пользователи, которые родились до 1990 года, наверняка слышали характерные звуки, которыми ADSL-модемы сигнализировали об успешном подключении к Интернету. Такими устройствами для выхода в сеть пользовались все, кому были недоступны кабельные сети, – на стыке 90-х и 2000-х годов они были неслыханной роскошью. ADSL-модемы подключались к телефонной линии затем, чтобы преобразовать аналоговый (в этом случае телефонный) сигнал в цифровой – понятный компьютеру или ноутбуку.

Преобразование сигнала одного типа в другой – это и есть основная функция модема. В отличие от роутера, он передает сигнал только на одно устройство – например, ПК или ноутбук. При этом собственный IP-адрес модему не присваивается (в отличие от роутера), и в сети компьютер идентифицируют по адресу его сетевой карты.

Если ADSL-модемы уже достойны стать музейными экспонатами, то мобильные (3G и 4G) модемы, наоборот, очень востребованы. Вместо телефонной линии они используют мобильный сигнал сотового оператора. А к компьютерам и ноутбукам подключаются через USB-разъемы на корпусе. Мобильные модемы компактны и это большой плюс: их можно использовать не только дома, но и в парке, в транспорте – везде, где есть покрытие выбранного сотового оператора.

Кстати, с модемами мы сталкиваемся гораздо чаще, чем можно было бы подумать. Сегодня встречаются гибридные устройства – модемы с функцией роутера. Они не только распределяют входящий сигнал между несколькими устройствами, но и предварительно преобразовывают его. Также роутеры и модемы иногда работают в тандеме. Например, если на корпусе роутера есть USB-порт, к нему можно подключить мобильный модем для сетей 3G/4G. Так как последний физически не способен раздавать Интернет на несколько устройств одновременно, данную задачу возьмет на себя роутер. Это удобно, когда невозможно организовать привычное кабельное подключение или нет желания путаться в проводах, проложенных по офису или квартире.

Что за устройство раздает Интернет у вас дома?

Уверены, что ответ на этот вопрос вы уже получили сами, но на всякий случай озвучим его еще раз. Если к этому устройству подключен внешний кабель, это или классический роутер, или модем с функцией роутера. Если сигнал попадает в здание беспроводным способом, а интернет-подключение используется на одном устройстве, это классический мобильный модем для сетей 3G или 4G. Более точную информацию о сетевом оборудовании вам предоставит поставщик интернет-услуг. У него же можно узнать, какое устройство подходит для обслуживания того количества устройств, которые есть у вас дома. Нередко семья из 3-4 человек владеет таким же количеством смартфонов, парочкой планшетов и одним ноутбуком или ПК. А еще Интернет нужен телевизору и вот-вот понадобится какому-нибудь умному кухонному гаджету – например, Samsung и LG уже выпускают смарт-холодильники с Wi-Fi! Если вы только собираетесь подключить Интернет, посетите интернет-магазин ОнЛайм – у нас есть роутеры, гибридные устройства, PLC-адаптеры и другое оборудование, которое потребуется для организации домашней сети.

Кстати, в этой статье описаны общие черты сетевых устройств и способы их идентификации. Видя, как развиваются технологии в цифровом мире, мы не удивимся, если через 2–3 года концепция изменится, и обслуживать потребителей Интернета будут новые гибридные устройства.

Важное о роутерах, маршрутизаторах и модемах

• Роутер и маршрутизатор – два названия одного устройства.
• Роутер распределяет сигнал между участниками сети, а модем только расшифровывает его и передает на одно устройство.
• У роутера есть собственный IP-адрес, а у модема – нет.
• Роутер – многофункциональное устройство, которое поддерживает тонкую настройку, модем выполняет одну функцию.
• Роутеры (маршрутизаторы) и мобильные модемы могут работать вместе, раздавая Интернет на несколько устройств.

Маршрутизатор (Router) - сетевое устройство, принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети на основании информации о топологии сети и определённых правил.

Маршрутизация (Routing) - процесс определения маршрута следования информации в сетях связи.

Маршрут - это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения.

Применение маршрутизаторов

Основное назначение маршрутизаторов - маршрутизация трафика сети. В дополнение к маршрутизации, маршрутизаторы осуществляют и коммутацию каналов/сообщений/пакетов/ячеек.

Маршрутизатор функционирует на сетевом уровне и служит для организации связи между сетями с одинаковыми сетевыми протоколами, например IP или IPX.

Маршрутизатор обеспечивает защиту информации и контроль за путями её передачи.

Маршрутизаторы помогают уменьшить загрузку сети. В основном их применяют для объединения сетей разных типов, в том числе несовместимых по архитектуре и протоколам, например для объединения различных локальных сетей, а так же для обеспечения доступа из локальной сети в глобальную сеть Интернет.

В качестве маршрутизатора может выступать как специализированное (аппаратное) устройство, так и обычный компьютер, выполняющий функции маршрутизатора. Существует несколько пакетов программного обеспечения (в основном на основе ядра Linux) с помощью которого можно превратить персональный компьютер в высокопроизводительный и многофункциональный маршрутизатор. Также в роли маршрутизатора может выступать рабочая станция или сервер, имеющие несколько сетевых интерфейсов и снабженные специальным программным обеспечением.

Принцип работы маршрутизатора

Маршрутизаторы объединяют отдельные сети в общую составную сеть. К каждому маршрутизатору могут быть присоединены несколько сетей.

В сложных составных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задачу выбора маршрутов из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы.

Зачастую, в большой сети маршрутизаторы бывают нескольких иерархических уровней. Иными словами, узлы локальной сети будут подключаться к маршрутизатору Уровня 1, маршрутизаторы Уровня 1 будут подключаться к маршрутизатору Уровня 2, и так по мере необходимости. Маршрутизаторы верхнего уровня будут соединяться уже только между собой. При такой схеме подключения адресная часть передаваемых пакетов тоже будет иметь несколько уровней, и маршрутизаторы определенного уровня будут интересоваться только соответствующей их уровню адресной частью, игнорируя все другие.

Обычно, маршрутизатор использует адрес получателя, указанный в пакетах данных, и определяет по таблице маршрутизации путь, по которому следует передать данные. Если в таблице маршрутизации для адреса нет описанного маршрута, пакет отбрасывается.

Как правило, маршрутизаторы могут осуществлять трансляцию адресов отправителя и получателя, фильтрацию транзитного потока данных на основе определённых правил с целью ограничения доступа, шифрование/дешифрование передаваемых данных.

Или шлюзом , называется узел сети с несколькими IP-интерфейсами (содержащими свой MAC-адрес и IP-адрес), подключенными к разным IP-сетям, осуществляющий на основе решения задачи маршрутизации перенаправление дейтаграмм из одной сети в другую для доставки от отправителя к получателю.

Представляют собой либо специализированные вычислительные машины, либо компьютеры с несколькими IP-интерфейсами, работа которых управляется специальным программным обеспечением.

Маршрутизация в IP-сетях

Маршрутизация служит для приема пакета от одного устройства и передачи его по сети другому устройству через другие сети. Если в сети нет маршрутизаторов, то не поддерживается маршрутизация. Маршрутизаторы направляют (перенаправляют) трафик во все сети, составляющие объединенную сеть.

Для маршрутизации пакета маршрутизатор должен владеть следующей информацией:

• Адрес назначения
• Соседний маршрутизатор, от которого он может узнать об удаленных сетях
• Доступные пути ко всем удаленным сетям
• Наилучший путь к каждой удаленной сети
• Методы обслуживания и проверки информации о маршрутизации

Маршрутизатор узнает об удаленных сетях от соседних маршрутизаторов или от сетевого администратора. Затем маршрутизатор строит таблицу маршрутизации, которая описывает, как найти удаленные сети.

Если сеть подключена непосредственно к маршрутизатору, он уже знает, как направить пакет в эту сеть. Если же сеть не подключена напрямую, маршрутизатор должен узнать (изучить) пути доступа к удаленной сети с помощью статической маршрутизации (ввод администратором вручную местоположения всех сетей в таблицу маршрутизации) или с помощью динамической маршрутизации.

Динамическая маршрутизация - это процесс протокола маршрутизации, определяющий взаимодействие устройства с соседними маршрутизаторами. Маршрутизатор будет обновлять сведения о каждой изученной им сети. Если в сети произойдет изменение, протокол динамической маршрутизации автоматически информирует об изменении все маршрутизаторы. Если же используется статическая маршрутизация, обновить таблицы маршрутизации на всех устройствах придется системному администратору.

IP-маршрутизация - простой процесс, который одинаков в сетях любого размера. Например, на рисунке показан процесс пошагового взаимодействия хоста А с хостом В в другой сети. В примере пользователь хоста А запрашивает по ping IP-адрес хоста В. Дальнейшие операции не так просты, поэтому рассмотрим их подробнее:

• В командной строке пользователь вводит ping 172.16.20.2. На хосте А генерируется пакет с помощью протоколов сетевого уровня и ICMP .

• IP обращается к протоколу ARP для выяснения сети назначения для пакета, просматривая IP-адрес и маску подсети хоста А. Это запрос к удаленному хосту, т.е. пакет не предназначен хосту локальной сети, поэтому пакет должен быть направлен маршрутизатору для перенаправления в нужную удаленную сеть.
• Чтобы хост А смог послать пакет маршрутизатору, хост должен знать аппаратный адрес интерфейса маршрутизатора, подключенный к локальной сети. Сетевой уровень передает пакет и аппаратный адрес назначения канальному уровню для деления на кадры и пересылки локальному хосту. Для получения аппаратного адреса хост ищет местоположение точки назначения в собственной памяти, называемой кэшем ARP.
• Если IP-адрес еще не был доступен и не присутствует в кэше ARP, хост посылает широковещательную рассылку ARP для поиска аппаратного адреса по IP-адресу 172.16.10.1. Именно поэтому первый запрос Ping обычно заканчивается тайм-аутом, но четыре остальные запроса будут успешны. После кэширования адреса тайм-аута обычно не возникает.
• Маршрутизатор отвечает и сообщает аппаратный адрес интерфейса Ethernet, подключенного к локальной сети. Теперь хост имеет всю информацию для пересылки пакета маршрутизатору по локальной сети. Сетевой уровень спускает пакет вниз для генерации эхо-запроса ICMP (Ping) на канальном уровне, дополняя пакет аппаратным адресом, по которому хост должен послать пакет. Пакет имеет IP-адреса источника и назначения вместе с указанием на тип пакета (ICMP) в поле протокола сетевого уровня.
• Канальный уровень формирует кадр, в котором инкапсулируется пакет вместе с управляющей информацией, необходимой для пересылки по локальной сети. К такой информации относятся аппаратные адреса источника и назначения, а также значение в поле типа, установленное протоколом сетевого уровня (это будет поле типа, поскольку IP по умолчанию пользуется кадрами Ethernet_II). Рисунок 3 показывает кадр, генерируемый на канальном уровне и пересылаемый по локальному носителю. На рисунке 3 показана вся информация, необходимая для взаимодействия с маршрутизатором: аппаратные адреса источника и назначения, IP-адреса источника и назначения, данные, а также контрольная сумма CRC кадра, находящаяся в поле FCS (Frame Check Sequence).
• Канальный уровень хоста А передает кадр физическому уровню. Там выполняется кодирование нулей и единиц в цифровой сигнал с последующей передачей этого сигнала по локальной физической сети.

• Сигнал достигает интерфейса Ethernet 0 маршрутизатора, который синхронизируется по преамбуле цифрового сигнала для извлечения кадра. Интерфейс маршрутизатора после построения кадра проверяет CRC, а в конце приема кадра сравнивает полученное значение с содержимым поля FCS. Кроме того, он проверяет процесс передачи на отсутствие фрагментации и конфликтов носителя.
• Проверяется аппаратный адрес назначения. Поскольку он совпадает с адресом маршрутизатора, анализируется поле типа кадра для определения дальнейших действий с этим пакетом данных. В поле типа указан протокол IP, поэтому маршрутизатор передает пакет процессу протокола IP, исполняемому маршрутизатором. Кадр удаляется. Исходный пакет (сгенерированный хостом А) помещается в буфер маршрутизатора.
• Протокол IP смотрит на IP-адрес назначения в пакете, чтобы определить, не направлен ли пакет самому маршрутизатору. Поскольку IP-адрес назначения равен 172.16.20.2, маршрутизатор определяет по своей таблице маршрутизации, что сеть 172.16.20.0 непосредственно подключена к интерфейсу Ethernet 1.
• Маршрутизатор передает пакет из буфера в интерфейс Ethernet 1. Маршрутизатору необходимо сформировать кадр для пересылки пакета хосту назначения. Сначала маршрутизатор проверяет свой кэш ARP, чтобы определить, был ли уже разрешен аппаратный адрес во время предыдущих взаимодействий с данной сетью. Если адреса нет в кэше ARP, маршрутизатор посылает широковещательный запрос ARP в интерфейс Ethernet 1 для поиска аппаратного адреса для IP-адреса 172.16.20.2.
• Хост В откликается аппаратным адресом своего сетевого адаптера на запрос ARP. Интерфейс Ethernet 1 маршрутизатора теперь имеет все необходимое для пересылки пакета в точку окончательного приема. На рисунке показывает кадр, сгенерированный маршрутизатором и переданный по локальной физической сети.

Кадр, сгенерированный интерфейсом Ethernet 1 маршрутизатора, имеет аппаратный адрес источника от интерфейса Ethernet 1 и аппаратный адрес назначения для сетевого адаптера хоста В. Важно отметить, что, несмотря на изменения аппаратных адресов источника и назначения, в каждом передавшем пакет интерфейсе маршрутизатора, IP-адреса источника и назначения никогда не изменяются. Пакет никоим образом не модифицируется, но меняются кадры.

• Хост В принимает кадр и проверяет CRC. Если проверка будет успешной, кадр удаляется, а пакет передается протоколу IP. Он анализирует IP-адрес назначения. Поскольку IP-адрес назначения совпадает с установленным в хосте В адресом, протокол IP исследует поле протокола для определения цели пакета.
• В нашем пакете содержится эхо-запрос ICMP, поэтому хост В генерирует новый эхо-ответ ICMP с IP-адресом источника, равным адресу хоста В, и IP-адресом назначения, равным адресу хоста А. Процесс запускается заново, но в противоположном направлении. Однако аппаратные адреса всех устройств по пути следования пакета уже известны, поэтому все устройства смогут получить аппаратные адреса интерфейсов из собственных кэшей ARP.

В крупных сетях процесс происходит аналогично, но пакету придется пройти больше участков по пути к хосту назначения.

Таблицы маршрутизации

В стеке TCP/IP маршрутизаторы и конечные узлы принимают решения о том, кому передавать пакет для его успешной доставки узлу назначения, на основании так называемых таблиц маршрутизации (routing tables).

Таблица представляет собой типичный пример таблицы маршрутов, использующей IP-адреса сетей, для сети, представленной на рисунке.

Таблица маршрутизации для Router 2

В таблице представлена таблица маршрутизации многомаршрутная, так как содержится два маршрута до сети 116.0.0.0. В случае построения одномаршрутной таблицы маршрутизации, необходимо указывать только один путь до сети 116.0.0.0 по наименьшему значению метрики.

Как нетрудно видеть, в таблице определено несколько маршрутов с разными параметрами. Читать каждую такую запись в таблице маршрутизации нужно следующим образом:

Чтобы доставить пакет в сеть с адресом из поля Сетевой адрес и маской из поля Маска сети, нужно с интерфейса с IP-адресом из поля Интерфейс послать пакет по IP-адресу из поля Адрес шлюза, а «стоимость» такой доставки будет равна числу из поля Метрика.

В этой таблице в столбце "Адрес сети назначения" указываются адреса всех сетей, которым данный маршрутизатор может передавать пакеты. В стеке TCP/IP принят так называемый одношаговый подход к оптимизации маршрута продвижения пакета (next-hop routing) – каждый маршрутизатор и конечный узел принимает участие в выборе только одного шага передачи пакета. Поэтому в каждой строке таблицы маршрутизации указывается не весь маршрут в виде последовательности IP-адресов маршрутизаторов, через которые должен пройти пакет, а только один IP-адрес - адрес следующего маршрутизатора, которому нужно передать пакет. Вместе с пакетом следующему маршрутизатору передается ответственность за выбор следующего шага маршрутизации. Одношаговый подход к маршрутизации означает распределенное решение задачи выбора маршрута. Это снимает ограничение на максимальное количество транзитных маршрутизаторов на пути пакета.

Для отправки пакета следующему маршрутизатору требуется знание его локального адреса, но в стеке TCP/IP в таблицах маршрутизации принято использование только IP-адресов для сохранения их универсального формата, не зависящего от типа сетей, входящих в интерсеть. Для нахождения локального адреса по известному IP-адресу необходимо воспользоваться протоколом ARP.

Одношаговая маршрутизация обладает еще одним преимуществом - она позволяет сократить объем таблиц маршрутизации в конечных узлах и маршрутизаторах за счет использования в качестве номера сети назначения так называемого маршрута по умолчанию – default (0.0.0.0), который обычно занимает в таблице маршрутизации последнюю строку. Если в таблице маршрутизации есть такая запись, то все пакеты с номерами сетей, которые отсутствуют в таблице маршрутизации, передаются маршрутизатору, указанному в строке default. Поэтому маршрутизаторы часто хранят в своих таблицах ограниченную информацию о сетях интерсети, пересылая пакеты для остальных сетей в порт и маршрутизатор, используемые по умолчанию. Подразумевается, что маршрутизатор, используемый по умолчанию, передаст пакет на магистральную сеть, а маршрутизаторы, подключенные к магистрали, имеют полную информацию о составе интерсети.

Кроме маршрута default, в таблице маршрутизации могут встретиться два типа специальных записей - запись о специфичном для узла маршруте и запись об адресах сетей, непосредственно подключенных к портам маршрутизатора.

Специфичный для узла маршрут содержит вместо номера сети полный IP-адрес, то есть адрес, имеющий ненулевую информацию не только в поле номера сети, но и в поле номера узла. Предполагается, что для такого конечного узла маршрут должен выбираться не так, как для всех остальных узлов сети, к которой он относится. В случае, когда в таблице есть разные записи о продвижении пакетов для всей сети N и ее отдельного узла, имеющего адрес N,D, при поступлении пакета, адресованного узлу N,D, маршрутизатор отдаст предпочтение записи для N,D.

Записи в таблице маршрутизации, относящиеся к сетям, непосредственно подключенным к маршрутизатору, в поле "Метрика" содержат нули («подключено»).

Алгоритмы маршрутизации

Основные требования к алгоритмам маршрутизации:

• точность;
• простота;
• надёжность;
• стабильность;
• справедливость;
• оптимальность.

Существуют различные алгоритмы построения таблиц для одношаговой маршрутизации. Их можно разделить на три класса:

• алгоритмы простой маршрутизации;
• алгоритмы фиксированной маршрутизации;
• алгоритмы адаптивной маршрутизации.

Независимо от алгоритма, используемого для построения таблицы маршрутизации, результат их работы имеет единый формат. За счет этого в одной и той же сети различные узлы могут строить таблицы маршрутизации по своим алгоритмам, а затем обмениваться между собой недостающими данными, так как форматы этих таблиц фиксированы. Поэтому маршрутизатор, работающий по алгоритму адаптивной маршрутизации, может снабдить конечный узел, применяющий алгоритм фиксированной маршрутизации, сведениями о пути к сети, о которой конечный узел ничего не знает.

Проста маршрутизация

Это способ маршрутизации не изменяющийся при изменении топологии и состоянии сети передачи данных (СПД).

Простая маршрутизация обеспечивается различными алгоритмами, типичными из которых являются следующие:

• Случайная маршрутизация – это передача сообщения из узла в любом случайно выбранном направлении, за исключением направлений по которым сообщение поступило узел.
• Лавинная маршрутизация – это передача сообщения из узла во всех направлениях, кроме направления по которому сообщение поступило в узел. Такая маршрутизация гарантирует малое время доставки пакета, засчет ухудшения пропускной способности.
• Маршрутизация по предыдущему опыту – каждый пакет имеет счетчик числа пройденных узлов, в каждом узле связи анализируется счетчик и запоминается тот маршрут, который соответствует минимальному значению счетчика. Такой алгоритм позволяет приспосабливаться к изменению топологии сети, но процесс адаптации протекает медленно и неэффективно.

В целом, простая маршрутизация не обеспечивает направленную передачу пакета и имеет низкую эффективности. Основным ее достоинством является обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя различных частей сети.

Фиксированная маршрутизация

Этот алгоритм применяется в сетях с простой топологией связей и основан на ручном составлении таблицы маршрутизации администратором сети. Алгоритм часто эффективно работает также для магистралей крупных сетей, так как сама магистраль может иметь простую структуру с очевидными наилучшими путями следования пакетов в подсети, присоединенные к магистрали, выделяют следующие алгоритмы:

• Однопутевая фиксированная маршрутизация – это когда между двумя абонентами устанавливается единственный путь. Сеть с такой маршрутизацией неустойчива к отказам и перегрузкам.
• Многопутевая фиксированная маршрутизация – может быть установлено несколько возможных путей и вводится правило выбора пути. Эффективность такой маршрутизации падает при увеличении нагрузки. При отказе какой-либо линии связи необходимо менять таблицу маршрутизации, для этого в каждом узле связи храниться несколько таблиц.

Адаптивная маршрутизация

Это основной вид алгоритмов маршрутизации, применяющихся маршрутизаторами в современных сетях со сложной топологией. Адаптивная маршрутизация основана на том, что маршрутизаторы периодически обмениваются специальной топологической информацией об имеющихся в интерсети сетях, а также о связях между маршрутизаторами. Обычно учитывается не только топология связей, но и их пропускная способность и состояние.

Адаптивные протоколы позволяют всем маршрутизаторам собирать информацию о топологии связей в сети, оперативно отрабатывая все изменения конфигурации связей. Эти протоколы имеют распределенный характер, который выражается в том, что в сети отсутствуют какие-либо выделенные маршрутизаторы, которые бы собирали и обобщали топологическую информацию: эта работа распределена между всеми маршрутизаторами, выделяют следующие алгоритмы:

• Локальная адаптивная маршрутизация – каждый узел содержит информацию о состоянии линии связи, длины очереди и таблицу маршрутизации.
• Глобальная адаптивная маршрутизация – основана на использовании информации получаемой от соседних узлов. Для этого каждый узел содержит таблицу маршрутизации, в которой указано время прохождения сообщений. На основе информации, получаемой из соседних узлов, значение таблицы пересчитывается с учетом длины очереди в самом узле.
• Централизованная адаптивная маршрутизация – существует некоторый центральный узел, который занимается сбором информации о состоянии сети. Этот центр формирует управляющие пакеты, содержащие таблицы маршрутизации и рассылает их в узлы связи.
• Гибридная адаптивная маршрутизация – основана на использовании таблицы периодически рассылаемой центром и на анализе длины очереди с самом узле.

Показатели алгоритмов (метрики)

Маршрутные таблицы содержат информацию, которую используют программы коммутации для выбора наилучшего маршрута. Чем характеризуется построение маршрутных таблиц? Какова особенность природы информации, которую они содержат? В данном разделе, посвященном показателям алгоритмов, сделана попытка ответить на вопрос о том, каким образом алгоритм определяет предпочтительность одного маршрута по сравнению с другими.

В алгоритмах маршрутизации используется множество различных показателей. Сложные алгоритмы маршрутизации при выборе маршрута могут базироваться на множестве показателей, комбинируя их таким образом, что в результате получается один гибридный показатель. Ниже перечислены показатели, которые используются в алгоритмах маршрутизации:

• Длина маршрута.
• Надежность.
• Задержка.
• Ширина полосы пропускания.

Длина маршрута.

Длина маршрута является наиболее общим показателем маршрутизации. Некоторые протоколы маршрутизации позволяют администраторам сети назначать произвольные цены на каждый канал сети. В этом случае длиной тракта является сумма расходов, связанных с каждым каналом, который был траверсирован. Другие протоколы маршрутизации определяют "количество пересылок" (количество хопов), т. е. показатель, характеризующий число проходов, которые пакет должен совершить на пути от источника до пункта назначения через элементы объединения сетей (такие как маршрутизаторы).

Надежность.

Надежность, в контексте алгоритмов маршрутизации, относится к надежности каждого канала сети (обычно описываемой в терминах соотношения бит/ошибка). Некоторые каналы сети могут отказывать чаще, чем другие. Отказы одних каналов сети могут быть устранены легче или быстрее, чем отказы других каналов. При назначении оценок надежности могут быть приняты в расчет любые факторы надежности. Оценки надежности обычно назначаются каналам сети администраторами. Как правило, это произвольные цифровые величины.

Задержка.

Под задержкой маршрутизации обычно понимают отрезок времени, необходимый для передвижения пакета от источника до пункта назначения через объединенную сеть. Задержка зависит от многих факторов, включая полосу пропускания промежуточных каналов сети, очереди в порт каждого маршрутизатора на пути передвижения пакета, перегруженность сети на всех промежуточных каналах сети и физическое расстояние, на которое необходимо переместить пакет. Т. к. здесь имеет место конгломерация нескольких важных переменных, задержка является наиболее общим и полезным показателем.

Полоса пропускания.

Полоса пропускания относится к имеющейся мощности трафика какого-либо канала. При прочих равных показателях, канал Ethernet 10 Mbps предпочтителен любой арендованной линии с полосой пропускания 64 Кбайт/с. Хотя полоса пропускания является оценкой максимально достижимой пропускной способности канала, маршруты, проходящие через каналы с большей полосой пропускания, не обязательно будут лучше маршрутов, проходящих через менее быстродействующие каналы.

Пользователи Интернета, не слишком разбирающиеся в технической стороне вопроса, могут не понимать, что такое маршрутизатор и зачем он нужен.

А ведь без этого прибора для каждого отдельного компьютера (настольного, переносного или мобильного) понадобится отдельное подключение к сети, что вряд ли будет удобно и выгодно.

Иногда маршрутизатор называют роутером, так он звучит при современном переводе с английского. Чаще всего пользуются именно вторым термином для беспроводных устройств.

А первый оставляют для проводных маршрутизаторов, применяемых реже.

Принцип действия

Маршрутизатор представляет собой специальную подстанцию, принимающую из сети сигналы и передающую их конкретным устройствам – чаще всего компьютерам, но не обязательно, так как к Интернету могут подключаться и камеры, и принтеры, и различная «умная» техника, вплоть до холодильников и кондиционеров.

Фактически роутер связывает пользовательские устройства и тот сервер, который обеспечивает подключение к сети.

Ещё одной функцией роутера является работа с протоколом DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), что упрощает способ передачи данных по сети.

При этом каждое устройство получает свой уникальный IP-адрес, который, в отличие от такого же показателя сети, является временным, а не постоянным.

При отключении устройств и подключении новых их адреса меняются, не влияя на работу точки доступа.

Передавая сигнал, маршрутизаторы могут и усиливать его. Благодаря этому всего одно подключение обеспечивает доступ в Интернет сразу нескольким устройствам.

Интересно! Современные модели позволяют теоретически подключить одновременно не меньше 100 единиц техники, реальная цифра бытового находится в пределах десятка ПК, смартфонов или ноутбуков.

Осуществляя передачу информации из сети, маршрутизаторы работают и в обратную сторону, отправляя данные в Интернет.

При этом для увеличения безопасности происходит кодирование сигналов при помощи нескольких стандартов защиты – WPA (или более новый и распространённый WPA2), WEP (устаревший вариант, обойти защиту которого проще, чем у остальных) и других.

Также к роутеру подключаются протоколы и прокси-сервер.

Классификация маршрутизаторов

Существует несколько классификаций роутеров. Основными являются разделения по области применения и способу подключения.

Причём, подключаются по-разному и сами маршрутизаторы, и устройства, которые с их помощью выходят в Интернет.

По области применения

В зависимости от применения роутеры делятся на классы:

• Верхний - включающие самые высокопроизводительные модели, объединяющие сети крупных организаций и предприятий. Маршрутизаторами данного типа поддерживаются различные интерфейсы и протоколы, включая нестандартные.
  В каждом устройстве может быть до 50 портов и для глобальных, и для локальных сетей;

• Средний - служащий для формирования сравнительно небольших сетевых объединений для предприятий размером поменьше. В стандартной конфигурации роутеры могут включать до 8 портов локальной сети и до 3 портов – глобальной;
• Нижний - предназначенный для локальных сетей отдельных офисов или домашнего использования. В основном включают по 1–2 порта глобальной сети и до 4 – локальной.

По способу подключения

Подключаться к Интернету или к крупной сети (например, предприятия) устройство может проводным или беспроводным способом.

То же относится и к разведению сети по другим устройствам, которое осуществляется при помощи оптоволоконного кабеля или через WiFi.

Чаще всего в домашних условиях используются варианты с проводным подключением сети к маршрутизатору и беспроводное – для отдельных ПК.

Проводные роутеры, предусматривающие подведение к каждому отдельному устройству, являются оптимальным выбором для сети, состоящей из 2–8 стационарных компьютеров или ноутбуков, которые, в основном, находятся на одном и том же месте.

Таким способом легко настраивается и доступ к данным с одного устройства на другое – например, с ПК в одном помещении к принтеру или запоминающему устройству в другом.

• Wi-Fi роутер

Преимуществом беспроводного роутера является не только возможность передавать данные без использования кабелей, но и с ними.

Большинство бытовых устройств поддерживают оба вида подключения, тогда как многие настольные ПК подключаются только проводным способом.

В возможности обычного Wi-Fi-роутера входит объединение всех устройств в квартире или нескольких офисных помещениях, включая компьютеры, телефоны, принтеры или Smart-телевизоры в общую сеть и соединение их с Интернетом.

Для этого достаточно всего одной линии доступа к глобальной сети с достаточной скоростью передачи данных.

При этом, например, канала на 1–5 Мбит/с будет явно недостаточно для нормальной работы в сети нескольких устройств.

С помощью маршрутизатора можно обеспечить и простое взаимодействие между техникой, без доступа к Интернету. В этом случае беспроводное подключение тоже будет работать, но поможет организовать обмен информацией только внутри локальной сети.

Особенности использования

Современный роутер представляет собой надёжное и долговечное устройство.

Часто достаточно всего лишь приобрести его и включить, после чего маршрутизатор работает без сбоев и необходимости в перенастройке на протяжении нескольких месяцев и даже лет.

При этом вмешательство пользователя, кроме включения, перезагрузки и отключения роутера, требуется только при смене пароля, способа доступа в сеть или провайдера.

Перезагрузить устройство несложно – достаточно отключить его от сети более чем на 10 секунд.

Настройку роутера может осуществлять представитель провайдера, подключающий пользователя к Интернету, или сам владелец прибора.

Чаще всего для этого придётся подключить маршрутизатор к компьютеру и настроить доступ с него в сеть.

При наличии идущего в комплекте к устройству диска сделать это несложно, хотя потребует прочтения инструкции и 10–20 минут на настройку.

Использование маршрутизатора обычно никак не влияет на стоимость использования Интернета. Особенно если речь идёт о популярном сейчас безлимитном тарифе.

Хотя, если оплата идёт по мегабайтам (например, беспроводной 3G-Интернет), её размеры зависят от объёмов скачанной информации.

Выбор маршрутизатора

Выбирая роутер для своих нужд, следует заранее обговорить с поставщиком Интернета возможность использования прибора.

Некоторые провайдеры по умолчанию не поддерживают маршрутизаторы.

У других есть отдельные тарифы на применение прибора, а третьи требуют наличия устройства определённой марки – иногда оно идёт в комплекте с сетью.

Не решив этот вопрос заранее, можно получить вместо доступа в сеть возможность подключения только проводным способом.

Промышленное использование роутера допускает соединение нескольких устройств меду собой, благодаря чему получается более сложный маршрут передачи информации.

В основном это может понадобиться только в офисе.

А для домашнего использования достаточно и одного маршрутизатора.

При выборе стоит учитывать и особенности техники, которой нужен доступ в сеть.

Ведь практически все настольные ПК, старые принтеры и другие подключаемые устройства подключаются только через проводной порт LAN.

Ноутбуки по умолчанию имеют Wi-Fi, хотя могут подключаться и проводами. Телефоны и планшеты в основном комплектуются только модулями Вай-Фай и, иногда, Bluetooth.

Также учитывают и удобство проведения сети. Так, Wi-Fi не требует прокладки проводов, но иногда доступен только на небольшом расстоянии.

Для увеличения дистанции до десятков метров стоит приобрести мощный роутер (с двумя или тремя антеннами), до сотен метров – проложить оптоволокно.

А для совмещения различных вариантов подключения лучше воспользоваться смешанными моделями маршрутизаторов, обеспечивающими доступ к сети с разных устройств и по Wi-Fi и через LAN-порт.

Альтернативные варианты

Если дома или в небольшом офисе есть только один компьютер и не предполагается применять ту же точку доступа для работы с другой техникой, допускается прямое подключение ПК к интернету через провод.

Таким образом, нет необходимости в приобретении роутера.

При этом, правда, подключить к той же сети телефон или планшет будет невозможно.

Но, во-первых, некоторые виды работ не предусматривают (или даже, в целях безопасности, запрещают) использование мобильных устройств для работы с Интернетом.

Во-вторых, некоторым пользователям достаточно обычного мобильного телефона, не имеющего модуля Wi-Fi.

А, в-третьих, такие планшетные ПК и смартфоны могут быть подключены к сети с помощью связи 3G или 4G, достаточно скоростной и требующейся для доступа к Интернету в любое время.

Ещё одним недостатком прямого подключения является необходимость в предупреждении провайдера о замене компьютера или операционной системы.

Так как новый ПК или другая ОС могут не работать в сети.

В качестве Wi-Fi роутера допускается использовать и другие устройства:

• Ноутбуки с проводным подключением;
• Смартфоны с доступом к Интернету 3G или 4G.

Наличие такой техники дома или в офисе позволит не покупать отдельно маршрутизатор, а создать сеть с её помощью.

При этом ноутбук или смартфон должны быть достаточно мощными, чтобы обеспечить одновременно и основные функции, и использование Интернета.

Выводы

В целом, маршрутизатор представляет собой полезное устройство, без которого в современных условиях практически невозможно обойтись.

Тем более что стоимость их невысока и сравнима с ценой, например, комплекта «клавиатура + мышь».

Скорость же доступа, поддерживаемая современными моделями, полностью соответствует требованиям большинства пользователей – до 100 Мбит/с.

Хотя возможности некоторых роутеров намного больше.

При этом роутеры работают намного проще коммутаторов, и позволяют сэкономить по сравнению с применением сетей 3G и 4G.

Хотя, если в сети находится много устройств, работа с маршрутизатором требует постоянного администрирования со стороны специалистов, знакомых с конфигурационными параметрами и протоколами.

При этом работа всех роутеров в сети должна быть синхронизирована.

Обычные пользователи, устанавливающие устройство дома для связи с сетью нескольких ПК, планетов и ноутбуков, от такой проблемы избавлены.

Именно по причине распространения роутеров в быту большинство производителей сейчас перешли к созданию устройств начального уровня, заменяющих сложные и мощные маршрутизаторы верхнего класса.

Для чего нужен маршрутизатор

Это видео поможет вам узнать для чего нужен маршрутизатор. Вы узнаете об основных возможностях этого устройства. Вы увидите как можно использовать маршрутизатор в домашних условиях.

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.