Маршрутизатор [а] является сетевым устройством , что пересылает пакеты данных между компьютерными сетями . Маршрутизаторы выполняют функции направления трафика в Интернете . Данные, отправляемые через Интернет, например веб-страницу или электронную почту , находятся в форме пакетов данных. Пакет обычно пересылается от одного маршрутизатора к другому маршрутизатору через сеть , которые представляют собой интерсеть (например , Интернет) , пока он не достигнет своего назначение узла . [2]
Маршрутизатор подключен к двум или более линиям передачи данных из разных IP-сетей . [b] Когда пакет данных поступает на одну из линий, маршрутизатор считывает информацию о сетевом адресе в заголовке пакета, чтобы определить конечный пункт назначения. Затем, используя информацию из своей таблицы маршрутизации или политики маршрутизации , он направляет пакет в следующую сеть на своем пути.
Самый известный тип IP-маршрутизаторов - это домашние и небольшие офисные маршрутизаторы, которые просто пересылают IP-пакеты между домашними компьютерами и Интернетом. Более сложные маршрутизаторы, такие как корпоративные маршрутизаторы, соединяют сети крупных предприятий или интернет-провайдеров с мощными базовыми маршрутизаторами, которые пересылают данные с высокой скоростью по оптоволоконным линиям магистрали Интернета .
Операция
Когда несколько маршрутизаторов используются во взаимосвязанных сетях, они могут обмениваться информацией об адресах назначения, используя протокол маршрутизации . Каждый маршрутизатор составляет таблицу маршрутизации , список маршрутов между двумя компьютерными системами во взаимосвязанных сетях. [3]
Программное обеспечение, которое запускает маршрутизатор, состоит из двух функциональных блоков обработки, которые работают одновременно, называемых плоскостями : [4]
- Плоскость управления : маршрутизатор поддерживает таблицу маршрутизации, в которой перечисляется, какой маршрут должен использоваться для пересылки пакета данных и через какое соединение физического интерфейса. Он делает это с помощью внутренних предварительно настроенных директив, называемых статическими маршрутами , или путем динамического изучения маршрутов с использованием протокола маршрутизации. Статические и динамические маршруты хранятся в таблице маршрутизации. Затем логика уровня управления удаляет несущественные директивы из таблицы и создает базу данных пересылки (FIB), которая будет использоваться плоскостью пересылки.
- Плоскость пересылки : этот блок пересылает пакеты данных между входящими и исходящими интерфейсными соединениями. Он считывает заголовок каждого пакета по мере его поступления, сопоставляет пункт назначения с записями в FIB, предоставленном плоскостью управления, и направляет пакет в исходящую сеть, указанную в FIB.
Приложения
Маршрутизатор может иметь интерфейсы для различных типов соединений физического уровня , таких как медные кабели, оптоволокно или беспроводная передача. Он также может поддерживать различные стандарты передачи на сетевом уровне . Каждый сетевой интерфейс используется для пересылки пакетов данных от одной системы передачи к другой. Маршрутизаторы также могут использоваться для соединения двух или более логических групп компьютерных устройств, известных как подсети , каждая из которых имеет свой сетевой префикс .
Маршрутизаторы могут обеспечивать соединение внутри предприятий, между предприятиями и Интернетом или между сетями интернет-провайдеров (ISP). Самые большие маршрутизаторы (такие как Cisco CRS-1 или Juniper PTX) соединяют между собой различных интернет-провайдеров или могут использоваться в крупных корпоративных сетях. [5] Маршрутизаторы меньшего размера обычно обеспечивают подключение к типичным домашним и офисным сетям.
Маршрутизаторы любых размеров можно найти внутри предприятий. [6] Самые мощные маршрутизаторы обычно можно найти у интернет-провайдеров, академических и исследовательских учреждений. Крупным предприятиям также могут потребоваться более мощные маршрутизаторы, чтобы справиться с постоянно растущими требованиями к трафику данных в интрасети . Иерархическая модель сети для соединения маршрутизаторов в больших сетях в общем пользовании. [7]
Доступ, ядро и распространение
Маршрутизаторы доступа, в том числе модели для малых и домашних офисов (SOHO), расположены дома и на сайтах клиентов, таких как филиалы, которым не требуется собственная иерархическая маршрутизация . Обычно они оптимизированы для невысокой стоимости. Некоторые маршрутизаторы SOHO могут работать с альтернативными бесплатными прошивками на базе Linux, такими как Tomato , OpenWrt или DD-WRT . [8]
Маршрутизаторы распределения собирают трафик от маршрутизаторов с множественным доступом. Маршрутизаторы распределения часто отвечают за обеспечение качества обслуживания в глобальной сети (WAN), поэтому в них может быть установлен значительный объем памяти, несколько подключений к интерфейсу WAN и существенные встроенные процедуры обработки данных. Они также могут обеспечивать подключение к группам файловых серверов или другим внешним сетям. [9]
На предприятиях базовый маршрутизатор может обеспечивать свернутую магистраль, соединяющую маршрутизаторы уровня распределения из нескольких зданий кампуса или крупных предприятий. Они, как правило, оптимизированы для высокой пропускной способности, но лишены некоторых функций граничных маршрутизаторов. [10]
Безопасность
Необходимо внимательно рассмотреть внешние сети как часть общей стратегии безопасности локальной сети. Маршрутизатор может включать в себя межсетевой экран , обработку VPN и другие функции безопасности, или они могут обрабатываться отдельными устройствами. Маршрутизаторы также обычно выполняют трансляцию сетевых адресов, которая ограничивает подключения, инициированные из внешних подключений, но не всеми специалистами признается функцией безопасности. [11] Некоторые эксперты утверждают, что маршрутизаторы с открытым исходным кодом более безопасны и надежны, чем маршрутизаторы с закрытым исходным кодом, поскольку маршрутизаторы с открытым исходным кодом позволяют быстро находить и исправлять ошибки. [12]
Маршрутизация разных сетей
Маршрутизаторы также часто различают по сети, в которой они работают. Маршрутизатор в локальной сети (LAN) отдельной организации называется внутренним маршрутизатором . Маршрутизатор, работающий в магистрали Интернета, описывается как внешний маршрутизатор . В то время как маршрутизатор, который соединяет локальную сеть с Интернетом или глобальной сетью (WAN), называется пограничным маршрутизатором или маршрутизатором шлюза . [13]
Подключение к Интернету и внутреннее использование
Маршрутизаторы, предназначенные для подключения к Интернет-провайдеру и крупного предприятия, обычно обмениваются маршрутной информацией с использованием протокола пограничного шлюза (BGP). RFC 4098 определяет типы маршрутизаторов BGP в соответствии с их функциями: [14]
- Граничный маршрутизатор (также называемый граничным маршрутизатором провайдера ): размещается на границе сети Интернет-провайдера. Маршрутизатор использует протокол внешнего пограничного шлюза (EBGP) для маршрутизаторов других интернет-провайдеров или автономных систем крупного предприятия .
- Граничный маршрутизатор подписчика (также называемый граничным маршрутизатором клиента ): расположенный на границе абонентской сети, он также использует EBGP в автономной системе своего провайдера. Обычно он используется в (корпоративной) организации.
- Граничный маршрутизатор между поставщиками : маршрутизатор BGP для соединения между поставщиками услуг Интернета, который поддерживает сеансы BGP с другими маршрутизаторами BGP в автономных системах поставщика услуг Интернета.
- Основной маршрутизатор : находится в автономной системе в качестве основы для передачи трафика между граничными маршрутизаторами. [15]
- Внутри интернет-провайдера: в автономной системе интернет-провайдера маршрутизатор использует внутренний протокол BGP для связи с другими граничными маршрутизаторами интернет-провайдера, другими базовыми маршрутизаторами интрасети или пограничными маршрутизаторами провайдера интрасети.
- Магистраль Интернета: Интернет больше не имеет четко идентифицируемой магистрали, в отличие от сетей его предшественников. См. Зону, свободную по умолчанию (DFZ). Системные маршрутизаторы основных интернет-провайдеров составляют то, что можно рассматривать как текущее ядро магистрали Интернета. [16] Интернет-провайдеры используют все четыре типа маршрутизаторов BGP, описанных здесь. Базовый маршрутизатор ISP используется для соединения своих граничных и граничных маршрутизаторов. Базовые маршрутизаторы также могут иметь специализированные функции в виртуальных частных сетях на основе комбинации протоколов BGP и многопротокольной коммутации меток . [17]
- Перенаправление портов: Маршрутизаторы также используются для перенаправления портов между частными серверами, подключенными к Интернету. [6]
- Маршрутизаторы для обработки голоса, данных, факсов и видео: обычно называемые серверами доступа или шлюзами , эти устройства используются для маршрутизации и обработки голосового, данных, видео и факсимильного трафика в Интернете. С 2005 года большинство междугородних телефонных звонков обрабатывались как IP- трафик ( VOIP ) через голосовой шлюз. Использование маршрутизаторов серверного типа доступа расширилось с появлением Интернета, сначала за счет коммутируемого доступа, а во втором - за счет услуг голосовой телефонной связи.
- В более крупных сетях обычно используются многоуровневые коммутаторы , при этом устройства уровня 3 используются для простого соединения нескольких подсетей в одной и той же зоне безопасности, а коммутаторы более высокого уровня, когда требуются фильтрация , трансляция , балансировка нагрузки или другие функции более высокого уровня, особенно между зонами.
История
Концепция интерфейсного компьютера была впервые предложена Дональдом Дэвисом для сети NPL в 1966 году. [18] Та же идея была придумана Уэсли Кларком в следующем году для использования в ARPANET . Именованные процессоры интерфейсных сообщений (IMP), эти компьютеры имели в основном те же функции, что и современные маршрутизаторы. Идея маршрутизатора ( в то время называемого шлюзами ) первоначально возникла благодаря международной группе исследователей компьютерных сетей, названной International Networking Working Group (INWG). Созданная в 1972 году как неофициальная группа для рассмотрения технических вопросов, связанных с подключением различных сетей, позже в том же году она стала подкомитетом Международной федерации обработки информации . [19] Эти шлюзовые устройства отличались от большинства предыдущих схем коммутации пакетов двумя способами. Во-первых, они соединили разнородные типы сетей, такие как последовательные линии и локальные сети . Во-вторых, это были устройства без установления соединения , которые не играли никакой роли в обеспечении надежной доставки трафика, оставляя это полностью на усмотрение хостов . Эта конкретная идея, принцип сквозного соединения , ранее была впервые реализована в сети CYCLADES .
Идея была изучена более подробно с намерением создать прототип системы как часть двух одновременных программ. Одной из них была начальная программа, инициированная DARPA , которая создала архитектуру TCP / IP, используемую сегодня. [20] Другой был программой Xerox PARC по исследованию новых сетевых технологий, в результате чего была создана универсальная пакетная система PARC ; из-за озабоченности корпоративной интеллектуальной собственностью в течение многих лет ему уделялось мало внимания за пределами Xerox. [21] Спустя некоторое время после начала 1974 года в строй вступили первые маршрутизаторы Xerox. Первый настоящий IP-маршрутизатор был разработан Джинни Стразисар в BBN в рамках усилий, инициированных DARPA, в 1975–1976 годах. [22] К концу 1976 года три маршрутизатора на базе PDP-11 находились в эксплуатации в экспериментальном прототипе Интернета. [23]
Первые многопротокольные маршрутизаторы были независимо созданы штатными исследователями Массачусетского технологического института и Стэнфорда в 1981 году; Стэнфордский маршрутизатор был разработан Уильямом Йегером , а маршрутизатор Массачусетского технологического института - Ноэлем Чиаппа ; оба были также основаны на PDP-11. [24] [25] [26] [27] Практически все сети теперь используют TCP / IP, но многопротокольные маршрутизаторы все еще производятся. Они были важны на ранних этапах роста компьютерных сетей, когда использовались протоколы, отличные от TCP / IP. Современные интернет-маршрутизаторы, поддерживающие как IPv4, так и IPv6, являются многопротокольными, но являются более простыми устройствами, чем маршрутизаторы, обрабатывающие протоколы AppleTalk, DECnet, IP и Xerox.
С середины 1970-х и в 1980-е миникомпьютеры общего назначения служили маршрутизаторами. Современные высокоскоростные маршрутизаторы - это сетевые процессоры или узкоспециализированные компьютеры с дополнительным аппаратным ускорением, добавленным для ускорения как общих функций маршрутизации, таких как пересылка пакетов, так и специализированных функций, таких как шифрование IPsec . Существует значительное использование Linux и Unix программного обеспечения на основе машин, работает с открытым исходным кодом маршрутизации кода, для научных исследований и других приложений. Cisco IOS операционная система была разработана независимо друг от друга. Основные операционные системы маршрутизаторов, такие как Junos и NX-OS , представляют собой сильно модифицированные версии программного обеспечения Unix.
Пересылка
Основное назначение маршрутизатора - соединение нескольких сетей и пересылка пакетов, предназначенных либо для сетей с прямым подключением, либо для более удаленных сетей. Маршрутизатор считается устройством уровня 3, поскольку его первичное решение о пересылке основывается на информации в IP-пакете уровня 3, в частности, на IP-адресе назначения. Когда маршрутизатор получает пакет, он просматривает свою таблицу маршрутизации, чтобы найти наилучшее соответствие между IP-адресом назначения пакета и одним из адресов в таблице маршрутизации. Как только совпадение найдено, пакет инкапсулируется в кадр канала данных уровня 2 для исходящего интерфейса, указанного в записи таблицы. Маршрутизатор обычно не смотрит на полезную нагрузку пакета [28], а только на адреса уровня 3, чтобы принять решение о пересылке, плюс, возможно, другую информацию в заголовке для подсказок, например, о качестве обслуживания (QoS). Для чистой IP-пересылки маршрутизатор предназначен для минимизации информации о состоянии, связанной с отдельными пакетами. [29] После пересылки пакета маршрутизатор не сохраняет никакой исторической информации о пакете. [c]
Сама таблица маршрутизации может содержать информацию, полученную из различных источников, таких как стандартные или статические маршруты , которые настраиваются вручную, или динамические записи из протоколов маршрутизации, где маршрутизатор узнает маршруты от других маршрутизаторов. Маршрут по умолчанию - это маршрут, который используется для маршрутизации всего трафика, пункт назначения которого не отображается в таблице маршрутизации; это обычное дело - даже необходимое - в небольших сетях, таких как дом или малый бизнес, где маршрут по умолчанию просто отправляет весь нелокальный трафик поставщику услуг Интернета . Маршрут по умолчанию можно настроить вручную (как статический), узнать с помощью протоколов динамической маршрутизации или получить с помощью DHCP . [d] [30]
Маршрутизатор может одновременно запускать более одного протокола маршрутизации, особенно если он служит пограничным маршрутизатором автономной системы между частями сети, которые используют разные протоколы маршрутизации; если это так, то перераспределение может использоваться (обычно выборочно) для обмена информацией между различными протоколами, работающими на одном и том же маршрутизаторе. [31]
Помимо принятия решения о том, на какой интерфейс пересылается пакет, которое обрабатывается в основном через таблицу маршрутизации, маршрутизатор также должен управлять перегрузкой, когда пакеты прибывают со скоростью, превышающей скорость обработки маршрутизатором. В Интернете обычно используются три политики: отбрасывание хвоста , случайное раннее обнаружение (RED) и взвешенное случайное раннее обнаружение (WRED). Отбрасывание хвоста - самый простой и легкий в реализации; маршрутизатор просто отбрасывает новые входящие пакеты, как только буферное пространство в маршрутизаторе исчерпано. RED вероятностно отбрасывает дейтаграммы раньше, когда очередь превышает предварительно сконфигурированную часть буфера, до заранее определенного максимума, когда он отбрасывает все входящие пакеты, возвращаясь к отбрасыванию хвоста. WRED можно настроить для более быстрого отбрасывания пакетов в зависимости от типа трафика.
Еще одна функция, которую выполняет маршрутизатор, - это классификация трафика и решение, какой пакет следует обработать первым. Это управляется с помощью QoS , что очень важно при развертывании передачи голоса по IP , чтобы не создавать чрезмерных задержек . [ необходима цитата ]
Еще одна функция, которую выполняет маршрутизатор, называется маршрутизацией на основе политик, где создаются специальные правила, которые отменяют правила, полученные из таблицы маршрутизации, при принятии решения о пересылке пакетов. [32]
Некоторые функции могут выполняться через специализированную интегральную схему (ASIC), чтобы избежать накладных расходов на планирование времени ЦП для обработки пакетов. Другие, возможно, придется выполнять через ЦП, поскольку эти пакеты требуют особого внимания и не могут быть обработаны ASIC. [ необходима цитата ]
Смотрите также
- Мобильный широкополосный модем
- Модем
- Жилой шлюз
- Переключить виртуальный интерфейс
- Беспроводной маршрутизатор
Заметки
- ^ Произносится / г ˙U т ər / в британском английском , / г aʊ т ər / в американских и австралийский английский . [1]
- ^ В отличие от сетевого коммутатора , который соединяет линии передачи данных из одной сети.
- ^ В некоторых реализациях маршрутизатора действие пересылки может увеличивать счетчик, связанный с записью таблицы маршрутизации для сбора статистических данных.
- ^ Маршрутизатор может служить DHCP-клиентом или DHCP-сервером.
Рекомендации
- ^ "роутер" . Оксфордский словарь английского языка (Интернет-изд.). Издательство Оксфордского университета. (Требуется подписка или членство в учреждении-участнике .)
- ^ «Обзор основных концепций протокола маршрутизации: архитектуры, типы протоколов, алгоритмы и показатели» . Tcpipguide.com. Архивировано 20 декабря 2010 года . Проверено 15 января 2011 года .
- ^ «Введение в динамическую маршрутизацию сетевой академии Cisco» . Cisco. Архивировано 27 октября 2015 года . Проверено 1 августа 2015 года .
- ^ Х. Хосрави и Т. Андерсон (ноябрь 2003 г.). Требования к разделению управления IP и пересылки . DOI : 10,17487 / RFC3654 . RFC 3654 .
- ^ «Настройка uo Netflow на маршрутизаторах Cisco» . Дата MY-Technet.com неизвестна. Архивировано 14 июля 2011 года . Проверено 15 января 2011 года .
- ^ а б «Windows Home Server: настройка маршрутизатора» . Microsoft Technet 14 августа 2010 архивации с оригинала на 22 декабря 2010 года . Проверено 15 января 2011 года .
- ^ Оппенгеймер, Pr (2004). Дизайн сети сверху вниз . Индианаполис: Cisco Press. ISBN 978-1-58705-152-4.
- ^ «Планирование и реализация требований к сети SOHO» . ExamCollection . Проверено 25 марта 2021 .
- ^ «Как работают расширители WiFi? Ретранслятор, усилитель, повторитель?» . Семья ISP . 2021-02-25 . Проверено 25 марта 2021 .
- ^ «Обзор структуры иерархической сети (1.1)> Сопроводительное руководство по подключению сетей сетевой академии Cisco: проектирование иерархической сети | Cisco Press» . www.ciscopress.com . Проверено 21 марта 2021 .
- ^ «Соображения безопасности NAT» (PDF) . Университет Мичигана. Архивировано из оригинального (PDF) 18 октября 2014 года.
- ^ «Глобальные интернет-эксперты раскрывают план более безопасных и надежных маршрутизаторов Wi-Fi и Интернета» . Архивировано 20 октября 2015 года.
- ^ Тамара Дин (2009). Сеть + Путеводитель по сетям . Cengage Learning. п. 272. ISBN. 9781423902454.
- ^ Х. Берковиц; и другие. (Июнь 2005 г.). Терминология для сравнительного анализа сходимости устройств BGP в плоскости управления . DOI : 10,17487 / RFC4098 . RFC 4098 .
- ^ «Магистральный Интернет-маршрутизатор M160» (PDF) . Juniper Networks. Архивировано 20 сентября 2011 года (PDF) . Проверено 15 января 2011 года .
- ^ «Виртуальные магистральные маршрутизаторы» (PDF) . Ironbridge Networks, Inc. сентября 2000 года архивации (PDF) с оригинала на 16 июля 2011 года . Проверено 15 января 2011 года .
- ^ Э. Розен; Ю. Рехтер (апрель 2004 г.). BGP / MPLS VPN .
- ^ Робертс, доктор Лоуренс Г. (май 1995 г.). "ARPANET и компьютерные сети" . Архивировано 24 марта 2016 года . Проверено 13 апреля +2016 .
Затем, в июне 1966 года, Дэвис написал вторую внутреннюю статью «Предложение по цифровой коммуникационной сети», в которой он придумал слово «пакет» - небольшую часть сообщения, которое пользователь хочет отправить, а также представил концепцию « Интерфейсный компьютер «должен находиться между пользовательским оборудованием и пакетной сетью.
- ^ Дэвис, Шанкс, Харт, Баркер, Депре, Детвилер и Римл, «Отчет Подгруппы 1 по системе связи», INWG Note No. 1.
- ^ Винтон Серф, Роберт Кан, «Протокол для взаимодействия в пакетной сети» , IEEE Transactions on Communications, Volume 22, Issue 5, May 1974, pp. 637–648.
- ↑ Дэвид Боггс, Джон Шоч, Эдвард Тафт, Роберт Меткалф, «Щенок: архитектура межсетевого взаимодействия». Архивировано 11 сентября 2008 г.в Wayback Machine , IEEE Transactions on Communications, Volume 28, Issue 4, April 1980, pp. 612-624 .
- ^ «Мисс Джинни Стразисар» . Общество истории информационных технологий . Архивировано 1 декабря 2017 года . Проверено 21 ноября 2017 года .
- ^ Крейг Партридж, С. Блюменталь, «Сеть передачи данных в BBN» ; IEEE Annals of the History of Computing, Volume 28, Issue 1; Январь – март 2006 г.
- ^ Долина ботаников: кто на самом деле изобрел многопротокольный маршрутизатор и почему это должно нас волновать? Архивировано 3 марта 2016 г. в Wayback Machine , Служба общественного вещания, доступ осуществлен 11 августа 2007 г.
- ^ Router Man Архивировано 5 июня2013 г. на Wayback Machine , NetworkWorld, по состоянию на 22 июня 2007 г.
- ^ Дэвид Д. Кларк, "Реализация сети кампуса MIT", CCNG-2, Campus Computer Network Group, Массачусетский технологический институт, Кембридж, 1982; С. 26.
- ^ Пит Кэри, «Правдивая история стартапа: часто рассказываемая история запуска Cisco не учитывает драму, интригу», San Jose Mercury News, 1 декабря 2001 г.
- ^ «Пересылка пакетов и маршрутизация в сетях IPv4 - Руководство системного администратора: IP-службы» . docs.oracle.com . Проверено 25 марта 2021 .
- ^ Робертс, Лоуренс (22 июля 2003 г.). «Следующее поколение IP - маршрутизация потока» . Архивировано 4 апреля 2015 года . Проверено 22 февраля 2015 года .
- ^ Дэвид Дэвис (19 апреля 2007 г.). «Администрирование Cisco 101: что нужно знать о маршрутах по умолчанию» . Архивировано 19 декабря 2017 года.
- ^ Дайан Тир (март 2013 г.). Внедрение Cisco IP Routing (ROUTE): Базовое учебное руководство . Cisco Press . С. 330–334.
- ^ Дайан Тир (март 2013 г.). «Глава 5: Реализация управления путями». Внедрение Cisco IP-Routing (ROUTE): Базовое учебное руководство . Cisco Press . С. 330–334.