Що таке маршрутизатор?

Маршрутизатор або роутер, рутер (від англ. router), - мережевий пристрій, на підставі інформації про топологію мережі та певних правил приймає рішення про пересилання пакетів мережевого рівня (рівень 3 моделі OSI) між різними сегментами мережі.

Принцип роботи
Зазвичай маршрутизатор використовує адресу одержувача, вказану в пакетах даних, і визначає по таблиці маршрутизації шлях, яким слід передати дані. Якщо в таблиці маршрутизації адреси немає описаного маршруту, пакет відкидається. Існують інші способи визначення маршруту пересилання пакетів, коли, наприклад, використовується адреса відправника, використовувані протоколи верхніх рівнів та інша інформація, що міститься в заголовках пакетів мережного рівня. Нерідко маршрутизатори можуть здійснювати трансляцію адрес відправника та одержувача, фільтрацію транзитного потоку даних на основі певних правил з метою обмеження доступу, шифрування/дешифрування даних і т.д.

Таблиця маршрутизації
Таблиця маршрутизації містить інформацію, на основі якої маршрутизатор приймає рішення про подальше пересилання пакетів. Таблиця складається з деякого числа записів - маршрутів, у кожній з яких міститься адреса мережі одержувача, адреса наступного вузла, якому слід передавати пакети та деяка вага запису - метрика. Метрики записів у таблиці грають роль обчисленні найкоротших маршрутів до різних одержувачам. Залежно від моделі маршрутизатора і протоколів маршрутизації, що використовуються, у таблиці може міститися деяка додаткова службова інформація

Таблиця маршрутизації може складатися двома способами:
статична маршрутизація – коли записи в таблиці вводяться та змінюються вручну. Такий спосіб вимагає втручання адміністратора щоразу, коли відбуваються зміни у топології мережі. З іншого боку, він є найбільш стабільним і вимагає мінімум апаратних ресурсів маршрутизатора для обслуговування таблиці.

динамічна маршрутизація — коли записи в таблиці оновлюються автоматично за допомогою одного або декількох протоколів маршрутизації — RIP, OSPF, IGRP, EIGRP, IS-IS, BGP та ін. Крім того, маршрутизатор будує таблицю оптимальних шляхів до мереж призначення на основі різних критеріїв. кількості проміжних вузлів, пропускної спроможності каналів, затримки передачі і т.п.

Критерії обчислення оптимальних маршрутів найчастіше залежить від протоколу маршрутизації, і навіть задаються конфігурацією маршрутизатора. Такий спосіб побудови таблиці дозволяє автоматично тримати таблицю маршрутизації у актуальному стані та обчислювати оптимальні маршрути на основі поточної топології мережі. Однак динамічна маршрутизація надає додаткове навантаження на пристрої, а висока нестабільність мережі може призводити до ситуацій, коли маршрутизатори не встигають синхронізувати свої таблиці, що призводить до суперечливих відомостей про топологію мережі в різних її частинах і втрату даних.

Застосування
Маршрутизатори допомагають зменшити завантаження мережі завдяки її поділу на домени колізій або широкомовні домени, а також завдяки фільтрації пакетів. В основному їх застосовують для об'єднання мереж різних типів, часто несумісних за архітектурою та протоколами, наприклад для об'єднання локальних мереж Ethernet та WAN-з'єднань, що використовують протоколи xDSL, PPP, ATM, Frame relay тощо. Нерідко маршрутизатор використовується для забезпечення доступу з локальної мережі в глобальну мережу Інтернет, здійснюючи функції трансляції адрес та міжмережевого екрану.

Маршрутизатори реалізуються по-різному. Маршрутизатори ділять на пристрої верхнього, середнього та нижнього класів.
Високопродуктивні маршрутизатори верхнього класу служать об'єднання мереж підприємства. Вони підтримують безліч протоколів та інтерфейсів, причому не тільки стандартних, але часом і вельми екзотичних. Пристрої цього типу можуть мати до 50 портів локальних або глобальних мереж. За допомогою маршрутизаторів середнього класу формуються менші мережні об'єднання масштабу підприємства. Стандартна конфігурація включає два-три порти локальних мереж та від чотирьох до восьми портів глобальних мереж. Такі маршрутизатори підтримують найпоширеніші протоколи маршрутизації та транспортні протоколи.

Маршрутизатор нижнього класу призначаються для локальних мереж підрозділів; вони пов'язують невеликі офіси із мережею підприємства. Типова конфігурація: один порт локальної мережі (Ethernet або Token Ring) та два порти глобальної мережі, розраховані на низькошвидкісні виділені лінії або комутовані з'єднання. Тим не менш, подібні маршрутизатори мають великий попит у адміністраторів, яким необхідно розширити наявні міжмережові об'єднання.

Маршрутизатори для базових мереж та віддалених офісів мають різну архітектуру, оскільки до них пред'являються різні функціональні та операційні вимоги. Маршрутизатори базових мереж обов'язково повинні бути розширеними. Маршрутизатори локальних мереж підрозділи, котрим, зазвичай, заздалегідь встановлюється фіксована конфігурація портів, містять лише процесор, керуючий роботою трьох чи чотирьох інтерфейсів. У них використовуються приблизно ті ж протоколи, що й у маршрутизаторах базових мереж, проте програмне забезпечення більше спрямоване на полегшення інсталяції та експлуатації, оскільки у більшості віддалених офісів відсутні достатньо кваліфіковані спеціалісти з мережного обслуговування.

Маршрутизатор базової мережі складається з наступних основних компонентів: мережевих адаптерів, що залежать від протоколів та службовців інтерфейсами з локальними та глобальними мережами; керуючого процесора, що визначає маршрут та оновлює інформацію про топологію; основний магістралі. Після надходження пакета на інтерфейсний модуль він аналізує адресу призначення і приймає команди процесора для визначення вихідного порту. Потім пакет по основній магістралі маршрутизатора передається в інтерфейсний модуль, що служить для зв'язку з сегментом локальної або глобальної мережі, що адресується.

У ролі маршрутизатора може бути робоча станція чи сервер, мають кілька мережевих інтерфейсів і з спеціальним програмним забезпеченням.
Маршрутизатори верхнього класу - це, як правило, спеціалізовані пристрої, що об'єднують в окремому корпусі безліч модулів, що маршрутизують.

За визначенням, основне призначення маршрутизаторів – це маршрутизація трафіку мережі.
Процес маршрутизації можна розділити на два ієрархічно пов'язані рівні:
- рівень маршрутизації. На цьому рівні відбувається робота з таблицею маршрутизації. Таблиця маршрутизації служить визначення адреси (мережевого рівня) наступного маршрутизатора чи безпосередньо одержувача за наявною адресою (мережевого рівня) і одержувача після визначення адреси передачі вибирається певний вихідний фізичний порт маршрутизатора. Цей процес називається визначенням маршруту переміщення пакета. Настроювання таблиці маршрутизації ведеться протоколами маршрутизації. На цьому ж рівні визначається перелік необхідних сервісів, що надаються;
- рівень передачі пакетів. Перед тим як передати пакет, необхідно: перевірити контрольну суму заголовка пакета, визначити адресу (канального рівня) одержувача пакета і здійснити безпосередньо відправлення пакета з урахуванням черговості, фрагментації, фільтрації тощо. Ці дії виконуються виходячи з команд, які з рівня маршрутизації.

Визначення маршруту передачі даних відбувається програмно. Відповідні програмні засоби мають назви протоколів маршрутизації. Логіка їхньої роботи заснована на алгоритмах маршрутизації. Алгоритми маршрутизації обчислюють вартість доставки та вибирають шлях із меншою вартістю. Найпростіші алгоритми маршрутизації визначають маршрут виходячи з найменшого числа проміжних (транзитних) вузлів шляху до адресату. Більш складні алгоритми поняття “вартість” закладають кілька показників, наприклад, затримку під час передачі пакетів, пропускну спроможність каналів зв'язку чи грошову вартість зв'язку. Основним результатом роботи алгоритму маршрутизації є створення та підтримка таблиці маршрутизації, до якої записується вся маршрутна інформація. Зміст таблиці маршрутизації залежить від протоколу маршрутизації, що використовується.

У загальному випадку таблиця маршрутизації містить таку інформацію:
- дійсні адреси пристроїв у мережі;
- Службову інформацію протоколу маршрутизації;
- адреси найближчих маршрутизаторів.