Основные понятия, определения. Что такое маршрутизатор и зачем он нужен — все что Вы хотели знать

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.

Это комбинированное устройство, на бытовом уровне используется для создания домашней или офисной локальной сети с доступом в мировую паутину для всех подключённых ПК-устройств. Это своего рода узко специализированный мини-компьютер. Выполняет логистические и охранные функции.

Если говорить более простым языком – это устройство, которое самостоятельно без дополнительных команд принимает решение по пересылки различных пакетов (это могут быть, как и файлы – фильмы, игры, документы, так, и интернет) между подключёнными к нему компьютерами.

Данные устройства бывают разные, но стандартный коммутатор представляет собой компактный прибор со встроенной антенной, сам аппаратный блок, шнур и питание.
Пример:

Главное не нужно путать их со свитчами – это две разные вещи. Давайте рассмотрим разницу между маршрутизатором и свитчем. При помощи свитча можно только создать локалку между несколькими компьютерами.

Так как все устройства, которые подсоединяются к свитчу, должны иметь одинаковые IP адреса подсети. Маршрутизатор может соединить несколько подобных сетей воедино, с разными IP адресами.

История

История их неразрывно связана с историей интернета. Первый роутер создан в 1974 году, а с 1976 года из трёх локальных сетей с тремя роутерами возникает прообраз «мировой паутины».

Различают разные уровни:

• граничные — это абонентские и граничные устройства меток;
• межпровайдерские;
• маршрутизаторы ядра сети.

Внешний вид

Маршрутизатор – внешнее устройство, к его дизайну производитель относится серьёзно, можно подобрать на любой вкус. Однако есть общие для всех конструктивные моменты.

С тыльной стороны они выглядит так:

Последние 4 пункта вариативны, могут быть не во всех моделях.

На лицевой стороне панель с индикаторами.
С нижней стороны могут быть настенные крепления.

Зачем нужен маршрутизатор

Идея объединения локальных сетей в единую глобальную подразумевает создание способа, как будет одна из них находить другую. Таким образом, можно сравнить данные устроства с диспетчером у ворот: он определяет, кому, куда и по какому маршруту выезжать, а также проверяет накладные въезжающих.

Он нужен, если:

• несколько компьютеров надо объединить в общую сеть, например,создать компьютерный класс;
• требуется раздать интернет на несколько компьютеров или устройств.

Также он может:

• установить соединение и подключить компьютеры к интернету. (предварительно у вас должен быть с. кабель/ adsl модем, который подключен к интернету, через местного провайдера)
• защитить домашнюю или рабочую группу от различных внешних угроз.
• раздавать ip-адреса.
• контролировать и шифровать трафик.
• регулировать доступ в сеть пользователей и посещаемые ресурсы.

Если вы купили маршрутизатор и не знаете, как его настроить, то лучше всего обратиться к специалистам.

Неправильные настройки могут привести к сбою в работе оборудования и пропадании сигнала, но если вы знаете английский (так как меню многих коммутаторов почти всегда полностью на английском) и желаете обучиться сами, то данная инструкция поможет вам разобраться в принципе работы и ответит на многие вопросы.

Видео: Роутер Wi-Fi — что это такое

Принцип работы

Роутеры устанавливаются на границах между сетями. Для внутренней используются таблицы маршрутизации, для внешней – протоколы, по которым автоматически распределяется оптимальный трафик пакетов информации. Одновременно осуществляется защита и контроль.

Принцип работы маршрутизатора довольно прост, но чтобы понимать все досконально и без ошибок, нужно изучать научные труды и различные книги по сетевым технологиям. Мы попробуем максимально упростить описание, чтобы вы смогли понять принцип работы маршрутизатора.

Абсолютно все данные в Интернете передаются маленькими, небольшими порциями – пакетами и, чтобы они доходили до нужного адреса, вначале каждого пакета отмечена точка доставки (сам адрес). Маршрутизатор выполняет функцию почтальона, он получает пакет, по внутренней таблице маршрутизации находит нужный адрес (который указан в пакете) и он отправляется дальше указанным в таблице способом.

Виды и назначение модемов

Выпускают маршрутизаторы с различными модемами, так как соединение может происходить по разным каналам.

1. модемы dsl – adsl, vdsl. Используются, если услуги internet предоставляются по телефонным проводам;
2. кабельный модем. Предусмотрен для случаев, когда провайдер подключает абонента с помощью своего кабеля «витая пара»;
3. волоконно-оптический кабель, или оптоволокно. под него выпускаются отдельные маршрутизаторы;
4. выделенная линия использует свой вид модемов;
5. мобильные широкополосные. Используется 3g модем с разъёмом для sim-карты.

Технический прогресс не стоит на месте и сегодня на прилавках магазинов можно найти маршрутизаторы различных видов, а именно:

• автомобильный – в очень многих автобусах, маршрутных такси для пассажиров проведен wi-fi. Через 4g или 3g модем получаем доступ в интернет, а с помощью автомобильного маршрутизатора он раздается всем пассажирам.
• для домашней группы – специальные коммутаторы для дома, в которых нет лишних настроек и других не нужны примочек. Максимально упрощены и просты в использовании.
• профессиональные – для больших компаний, в которых нужно не просто объединить несколько компьютеров в сеть и раздать им интернет, а для объединения нескольких сетей в одну группу, а их объединить с другой группой сетей.
• промышленные – работают в более тяжелых условиях. Они защищены крепки корпусом, работа осуществляется в широком диапазоне температур, а их компоненты проходят более строгий отбор.
• под оптоволокно – для скоростного интернета по технологии GPON.
• широкополосный – для соединения нескольких компьютеров к высоком скоростному интернету без потери скорости, а также деления локальной сети на несколько сегментов.

Функции и режимы работы

Новинки снабжаются всё более мощными процессорами и высокотехнологичными системами, что делает работу маршрутизатора более качественной и скоростной.

Роутер совмещает в себе несколько устройств:

• коммутатор сети;
• точку беспроводного доступа к сети;
• маршрутизатор;
• брандмауэр;
• устройство, поддерживающее протокол трансляции сетевых адресов.

Как работает он, можно понять, рассмотрев подробнее его функции.

• сетевые функции.
• через коммутатор оргтехника «видит» друг друга и может взаимодействовать. Благодаря серверу DHCP роутер постоянно сканирует сеть и назначает каждому члену временный ip-адрес для внутреннего пользования, что облегчает и ускоряет процесс обмена пакетами данных.
• внешний ip-адрес, полученный от провайдера, преобразуется в набор локальных адресов для своей конкретной сети. Что значит свободный выход в паутину с каждого подключённого устройства.
• в то же время через настройки можно ограничить время и адреса посещаемых сайтов отдельно каждому участнику сети.
• коммутатор находится первым в сети, это даёт возможность устройствам выходить в интернет автономно. Можно отключить беспроводной интернет, при этом проводным устройствам право доступа останется.
• беспроводное соединение. Так как беспроводное соединение wi-fi использует радиоволны, то наличие бытовых приборов поблизости (например, микроволновки, радиотелефона) создаёт помехи. Поэтому появились двухдиапазонные, и уже даже трёхдиапазонные маршрутизаторы, использующие несколько диапазонов радиоволн в своей работе.

Большой радиус действия wi-fi зависит от:

Фото: затухание сигнала в зависимости от расстояния

1. функции межсетевого экрана осуществляет встроенный брандмауэр и файервол. это маскировка (защита), блокировка атак и утечек. дополнительную безопасность обеспечивает шифрование по технологиям wep, wpa, wpa2;
2. совершение звонков через паутину. с помощью коммутатора можно подключать аналоговые телефонные аппараты к локалке и совершать параллельные телефонные звонки через интернет;
3. резервный канал. используется модем сотовых сетей, если основной порт внешнего подключения внезапно отключился;
4. принт-сервер. эта функция позволяет установить драйверы принтера, сканера или многофункционального устройства на процессор коммутатора. тем самым, функция «печать» становится доступной всем устройствам в сети;
5. режим «репитер»-повторитель. используется для усиления сигнала, способен расширить зону покрытия;
6. торрент-клиент. бывает встроенным. но можно установить самостоятельно. даёт возможность скачивать файлы из Интернета.

Таким образом, с помощью коммутатора можно создать локальную паутину, дать ей выход в интернет и защитить её от внешних угроз. Это их основная функция. Различия роутеров связаны с техническими вариантами подключения к интернету, с используемыми стандартами, а также с дополнительными функциями и требованиями.

Рассмотрев, какие бывают характеристики маршрутизаторов, можно подытожить параметры, на которые следует ориентироваться при выборе данного устройства.

• если требуется организовать зону Wi-Fi, то выбирать нужно маршрутизатор с этой функцией.
• узнайте, каким методом осуществляется ваше интернет-соединение и проконсультируйтесь с провайдером по поводу технических характеристик подходящего роутера.
• обязательно обратите внимание на стандарт беспроводной связи. Не имеет смысла приобретать мощный прибор, если скорость подключения к интернету изначально невысока. И наоборот. Ваш скоростной планшет будет зависать, если маршрутизатор более низкого формата беспроводной связи.
• для профессиональной деятельности однозначно нужен комутатор с расширенными возможностями.
• исходя из потребностей, с помощью маршрутизатора можно даже организовать Wi-Fi- мост, между домом и дачей, например. Можно обустроить зону wi-fi на площади до 2000кв.м, если грамотно расположить коммутатор и усилить сигнал.

• при прочих равных критериях выбирайте устройство с usb-портом. Это возможность подключать дополнительные внешние устройства, например, сетевой диск.
• если решите крепить роутер к стене, ориентируйтесь на уровень компьютерного стола.
• чем дальше от антенны – тем медленнее скорость. Чем больше потребителей беспроводного интернета – тем медленнее скорость. Учитывайте этот фактор.

26. 06.2017

Блог Дмитрия Вассиярова.

Маршрутизатор — что за штука и где применяется?

Здравствуйте.

Каждому современному интернет-пользователю стоит знать, что такое маршрутизатор. Ведь с его помощью можно наиболее быстро, удобно и стабильно подключаться к Сети. Всю необходимую информацию об этом устройстве, включая его виды, принцип работы и основы выбора, вы найдете в этой статье.

Маршрутизатор - это…

Посредством маршрутизаторов человечество пользуется таким благом как Wi-Fi. Вы скажете, что подключение происходит через роутер? Верно. Так каково же отличие маршрутизатора от роутера? Никакой. Это одно и то же, просто «роутер» - более укоренившееся английское слово, которое по-русски означает «маршрутизатор».

Научными словами, он представляет собой специализированное устройство с двумя и более сетевыми интерфейсами, задача которого состоит в пересылке пакетов данных между разными сегментами сети.

Проще перевести это на доступный к пониманию язык на примере того, какую роль он играет при подключении к интернету. Поэтому читаем далее.

Для чего он нужен?

Допустим, вы захотели провести в дом интернет. Провайдер заводит в ваше жилье один кабель. Но вы пользуетесь не только компьютером, но также смартфоном, планшетом, и желаете организовать беспроводную связь с принтером. Теоретически, можно подвести по кабелю к каждому девайсу. Однако это не только выйдет дорого, но и по всему дому расползутся провода, что выглядит не эстетично. Что делать?

Необходимо подвести кабель в одну точку доступа, которая будет раздавать интернет всем устройствам. В ее роли и выступает маршрутизатор. Таким образом, его предназначение состоит в раздаче по воздуху интернета, который он получает через кабель провайдера или мобильной сети.

В частности, широкополосный роутер дает возможность двум и более компьютерам получать пакеты данных из интернета сразу под одним IP-адресом.

На этом не ограничиваются функции роутера. Он также необходим для организации беспроводной локальной сети. То есть благодаря ему вы можете обмениваться данными по Wi-Fi между гаджетами и удаленно управлять ими.

К примеру, вам не обязательно пользоваться USB-кабелем, чтобы загрузить фотографии с телефона в ноутбук или с компьютера дать команду принтеру по распечатыванию документа. Все это можно делать без проводов, но при условии, что в каждом устройстве имеется Wi-Fi-адаптер.
Также можно организовать мост между двумя точками доступа, но подойдут для данной цели не все модели, а лишь с поддержкой такой опции. Это необходимо для расширения радиуса действия роутеров.

Принцип действия

Хотите знать, как именно осуществляется раздача интернета маршрутизатором? Суть работы заключается в названии девайса. Он назначает маршруты потоков данных к подключенным устройствам, равномерно распределяя скорость между ними.

Технически это происходит так: во внутренней памяти роутера имеется таблица маршрутизации, в которой подбираются наиболее оптимальные пути к гаджетам. Для этого роутер периодически посылает к каждому из них тестовые запросы, тем самым вычисляя время, за которое пакет данных будет доходить адресату. Так работают DHCP серверы - наиболее популярные динамические маршрутизаторы.

Но бывают ситуации, когда необходимо прописать пути вручную, чтобы задать точный адрес для определенной техники. Это помогает избежать ошибок в синхронизации таблиц, и тем самым обеспечить более стабильное и безопасное подключение. Такой способ работы называется статической маршрутизацией.

Виды роутеров

В первую очередь маршрутизаторы различают по стандарту Wi-Fi-соединения. На данный момент их 5. Название каждого начинается с 802.11, но отличается буквой в конце (a, b, g, n, ac). Разница между ними состоит в скорости передачи данных. На это еще влияет количество антенн.
Например, самым быстрым и современным является стандарт 802.11n. Если у него 1 антенна, скорость составит 55 мбит/с, 2 - 110 мбит/с, 3 - 165 мбит/с и 4 - 220 мбит/с.

Что касается других стандартов, то:

• «а» используется преимущественно провайдерами;
• «b» уже практически не встречается, так как обладает малой скоростью;
• «g» работает быстрее, но по нынешним меркам уже не актуален;
• «ac» недавно только начал внедряться, но его тоже пока применяют лишь поставщики интернета.

При покупке учитывайте такое правило: скорость роутера не должна быть меньше предоставляемой вам провайдером. Иначе вы получите только ту, с которой позволяет работать девайс, а платить будете больше.

Другие характеристики

Зная основные параметры, которыми обладают и, собственно говоря, отличаются маршрутизаторы, вам будет легко выбрать себе подходящий. Итак:

• Диапазон приема и передачи данных. Для дома и офиса покупают устройства на 2,4 ГГц, которые маркируются цифрой 2. Менее популярными являются 5-гигагерцевые (стандарты «а» и «ac»). Их чаще используют провайдеры для подачи интернета, когда невозможно провести провода. Такие девайсы маркируются цифрой 5. Бывают роутеры, поддерживающие оба этих диапазона или другие, например, 3 ГГц.

• Стандарты шифрования данных. Зачастую современные маршрутизаторы поддерживают такие стандарты как WEP (самый уязвимый к взлому), WPA (предполагает ключи для шифрования объемом 128 бит), WPA2 (размер ключей увеличен в 2 раза по сравнению с предыдущим вариантом).
• Количество LAN-портов. Роутер может раздавать интернет не только по воздуху, но и через кабели. Для них имеются специальные разъемы, число которых бывает разным. По проводам обычно подключаются стационарные компьютеры и такая техника как принтер, сканер и пр. В зависимости от того, сколько ее у вас, выбирайте количество LAN-интерфейсов.

• Мощность сигнала. Если вы живете в большом доме и планируете поставить роутер за несколькими несущими стенами от места, где часто проводите время в интернете, необходимо брать девайс с антенной минимум на 5 dBi.
• Тип подключения к Сети. Вы собираетесь выходить в интернет по мобильной сети? Тогда вам понадобится 3G/4G/LTE-роутер. Для кабельного соединения (витая пара) нужна Ethernet-модель - это наиболее популярный вариант, а оптоволокно подключается через SFP-устройства. В селах и частном секторе применяется EPON/GEPON/GPON-маршрутизаторы.
  Менее распространенными моделями являются xDSL - работает через телефонный кабель, DOCSIS - через телевизионный, и просто Wi-Fi, который коннектится с провайдером без проводов.

Дополнительные функции

Также роутеры могут иметь расширенный функционал, а именно:

• Встроенный Firewall. Защищает подключение от взлома.
• Наличие USB-порта. Через него можно внешние накопители, периферийную технику, мобильный модем в качестве дополнительной точки доступа.

• Поддержка IPTV. Для просмотра интернет-телеканалов.
• Встроенный торрент-клиент.
• Шейпер трафика. Выставляет приоритеты в распределении каналов с данными.
• Поддежка VPN туннелей. Благодаря ему можно создать виртуальную сеть с удаленным офисом.

Думаю, теперь вам не составит проблемы выбрать маршрутизатор согласно индивидуальным потребностям.