Определение роутера и его предназначение
Маршрутизатор (в повседневной речи «роутер») — это специальное сетевое устройство, позволяющее распределять интернет-сигнал, полученный от провайдера, между несколькими конечными пользователями — причём «пользователем» в данном контексте является устройство, а не человек.
Несмотря на обилие моделей с разнообразным функционалом, основными функциями роутера являются:
- реализация выхода в интернет в качестве точки доступа для нескольких устройств;
- при достаточном радиусе действия — создание домашней сети;
- увеличение зоны покрытия сети;
- Интернет-провайдеры используют специальные мощные роутеры (так называемые «основные маршрутизаторы») для интеграции локальных компьютерных сетей с опорной сетью интернета — частью мировой инфраструктуры, обеспечивающей доступ в интернет всем странам и континентам.
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 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».
На этом буду заканчивать данный пост потому, что теперь вы знаете принцип работы маршрутизатора. Конечно, на деле функции маршрутизатора шире и работает он гораздо сложнее, но я надеюсь, что у меня получилось вам рассказать без «воды» просто о сложном.
L3 коммутатор и маршрутизатор: как выбрать?
Один из общих разговоров, касающихся коммутатора 3 уровня по сравнению с маршрутизатором, заключается в том, что, если существует маршрутизатор, нам нужен L3 коммутатор . Фактически, каждый из них может быть развернут в различных ситуациях и сценариях. Основываясь на сходствах и различиях, которые мы объяснили, ваш выбор на самом деле зависит от дизайна вашей сети и того, чего вы пытаетесь достичь.
При выборе L3 коммутатора
Из-за отсутствия возможности глобальной сети применение коммутаторов L3 часто попадает в среду интрасети с достаточно большим масштабом подсетей, устройств и трафика. Это может оправдать следующие сценарии:
Департаментам нужны собственные широковещательные домены для обеспечения производительности или безопасности.
Соедините свои комнаты и примите решение о коммутаторе L3, предоставляя больше интерфейсов Ethernet для прямого подключения к серверу, чем маршрутизатор.
Подключите свои внутренние офисы через каналы уровня 2 через интернет-провайдера, вы можете напрямую разорвать соединение на коммутаторе L3 и одновременно настроить маршрутизацию на нем.
Когда вам нужно больше сквозного и прямого доступа и связи между VLAN, лучше всего выбрать L3 коммутатор .
Сеть с большим количеством трансляций, которая нуждается в улучшении производительности VLANS.
При выборе L3 маршрутизатора
По мере того как каналы глобальной сети становятся в большей степени основанными на Ethernet, наблюдается тенденция к замене коммутаторов уровня 3 на маршрутизаторы. Однако маршрутизатор все еще обладает некоторыми специальными функциями, которые не может поддерживать L3 коммутатор . Это незаменимо в таких ситуациях.
Если вы собираетесь напрямую подключиться к интернет-провайдеру для предоставления доступа в Интернет, для этого создан маршрутизатор.
Если вам необходимо объединить ваши офисы, например, чтобы соединить два офиса через общедоступный Интернет более безопасным способом, маршрутизатор может лучше удовлетворить потребности.
Если вы являетесь CE, участвующим в конфигурации MPLS, вам нужен маршрутизатор.
Для чего нужен роутер в квартире
Раньше, когда в доме был всего один подключенный к интернету компьютер, необходимости использовать роутер не было. Кабель от провайдера подключался непосредственно к сетевой карте ПК и интернет поступал напрямую. Но сегодня очень часто в квартире используется больше одного устройства. Это может быть стационарный ПК и ноутбук. А ещё смартфон или планшет, которые тоже хочется подключить к интернету. Кроме того, например, современные ТВ-приставки тоже используют интернет-соединение. Кабель же от провайдера заведен один. Кроме того, провайдер предоставляет обычно только один IP-адрес. А это означает, что подключиться к интернету может только одно устройство, которому этот адрес присвоен. Можно, конечно, получить дополнительные адреса, но их придётся оплачивать дополнительно.
Для разрешения проблемы с подключением нескольких устройств одновременно как раз и используется роутер. Ему присваивается выданный провайдером IP-адрес и, используя его, роутер подключается к интернету. А устройствам в домашней сети он присваивает внутренние IP-адреса и по этим адресам перенаправляет полученный трафик.
Кроме того, роутер позволяет организовать совместный доступ к сетевым ресурсам. Если у вас есть принтер, нет необходимости таскать файлы для печати с компьютера на компьютер на флешке. Принтер можно подключить непосредственно к роутеру, если есть такая возможность, или просто разрешить печать по сети на том ПК, к которому он подсоединён
Теперь распечатать документ можно с любого устройства в вашей домашней сети, не важно подключается оно к роутеру по кабелю или по Wi-Fi. Точно так же можно открыть доступ к файлам, например, к папке с фильмами на компьютере и просматривать их по сети без необходимости копировать на ноутбук или планшет
Одним словом, если у вас дома больше чем один компьютер, и вы хотите, чтобы они одновременно могли подключиться к интернету, без роутера не обойтись.
Модели распределения трафика в сети
В зависимости от взаимного расположения и настроек беспроводного контроллера, точек доступа и проводного сегмента сети возможны несколько типовых моделей движения пользовательского трафика. Их необходимо учитывать при проектировании беспроводной сети, чтобы избежать перегрузки в проводном сегменте. Здесь же стоит отметить, что на данный момент беспроводное оборудование TP-Link не инкапсулирует пользовательские данные в туннель CAPWAP, то есть точки доступа и контроллеры выполняют так называемую локальную коммутацию, что приводит к необходимости либо держать в сети «растянутые» VLAN, либо использовать локальные VLAN с несколькими IP-подсетями.
Точки доступа подключаются непосредственно к беспроводному контроллеру
Данную модель обычно можно встретить в небольших беспроводных сетях, где количество точек доступа относительно невелико. Точки доступа могут подключаться как непосредственно к портам беспроводного контроллера, так и ко вспомогательным коммутаторам с поддержкой PoE или без.
Вне зависимости от того, выполняет ли контроллер коммутацию или маршрутизацию пользовательского трафика, канал между коммутатором и контроллером (Fast Ethernet для модели AC50 и Gigabit Ethernet для модели AC500) может оказаться узким местом.
Контроллер выполняет функции шлюза по умолчанию для беспроводных сетей
Данная модель никак не регламентирует взаимное расположение беспроводного контроллера и точек доступа в сети. Принципиальным фактом является такая настройка сетевого оборудования и клиентских устройств, при которой контроллер выполняет функции шлюза по умолчанию для беспроводных клиентов. В этом случае линк между коммутатором и контроллером также окажется перегруженным.
Функции шлюза по умолчанию возложены на маршрутизатор или L3-коммутатор
Данная модель наиболее оптимальна с точки зрения производительности, так как беспроводной контроллер полностью исключен из пути передачи пользовательского трафика. Точки доступа по сути выполняют функции моста, связывая беспроводной SSID с VLAN в проводном сегменте. Вся дальнейшая обработка трафика производится проводными коммутаторами и маршрутизаторами.
Применять данную схему оптимально в крупных распределенных сетях с большим количеством точек доступа и беспроводных клиентов. Также стоит отметить, что беспроводные контроллеры TP-Link поддерживают функцию резервирования N+N, работая в отказоустойчивой паре.
Мы решили несколько разбавить описание возможностей контроллера и способов его подключения небольшим тестированием с целью «вживую» показать работу устройства и точек доступа.
Беспроводной контроллер AC500 способен выполнять маршрутизацию трафика для двух портов Gigabit Ethernet на скорости среды в режиме Full Duplex, полностью используя при этом ресурсы обоих ядер процессора. Таким образом с AC500 в роли маршрутизатора пользователи суммарно смогут получить поток 2 Гбит/с большими пакетами.
Нельзя не заметить, что коммутация трафика производится контроллером AC500 практически без использования центрального процессора, что позволяет задействовать в L2-режиме все пять портов Gigabit Ethernet на скорости среды, оставляя при этом ресурсы центрального процессора свободными для выполнения других задач.
Точка доступа CAP1750 предоставляет пользователям максимальную теоретическую скорость 450 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц и 1,3 Гбит/с в диапазоне 5 ГГц. На практике при использовании модели CAP1750 в диапазоне 2,4 ГГц суммарная скорость одновременной передачи пользовательских данных в обоих направлениях составляет около 260 Мбит/с. Для диапазона 5 ГГц эта величина составляет 620 Мбит/с. Мы решили представить полученные результаты в виде диаграммы.
Ниже перечислены основные характеристики тестового стенда, который использовался для измерений. Все измерения производились для 15 одновременных TCP-соединений. Точка доступа и беспроводной клиент размещались в непосредственной близости друг от друга.
| Компонент | ПК | Ноутбук |
| Материнская плата | ASUS Maximus VIII Extreme | ASUS M60J |
| Процессор | Intel Core i7 7700K 4 ГГц | Intel Core i7 720QM 1,6 ГГц |
| Оперативная память | DDR4-2133 Samsung 64 Гбайта | DDR3 PC3-10700 SEC 16 Гбайт |
| Сетевая карта | ASUS PCE-AC88 | Atheros AR8131 |
| Операционная система | Windows 7 x64 SP1 | Windows 7 x64 SP1 |
| Измерительное ПО | JPerf 2.0.2 | JPerf 2.0.2 |
Таким образом, на практике одна точка доступа CAP1750 сможет передавать в проводную сеть около 900 Мбит/с трафика при подключении беспроводных клиентов к обоим частотным диапазонам. Указанные скорости необходимо учитывать при построении или обновлении беспроводной сети, по возможности уменьшая переподписку в проводном сегменте.
Количество антенн имеет значение?
На полках с маршрутизаторами вы найдете множество моделей, отличающихся, прежде всего, техническими характеристиками и пропускной способностью. Тем не менее, существенным отличием является количество антенн.
Что интересно, некоторые из маршрутизаторов не имеют вообще видимых внешних антенн (тогда Wi-Fi антенны находятся внутри корпуса, выполняют свою функцию так же хорошо, как и их аналоги, оснащенные антеннами). Такую конструкцию вы встретите чаще всего в сеточных системах, которые могут похвастаться привлекательным дизайном.
Рабочая частота беспроводного маршрутизатора
Пора выяснить, на что влияет количество антенн. Утверждение, что чем больше, тем лучше, – не реально, потому что с увеличением количества антенн не увеличивается ни дальность, ни скорость передачи данных.
Так зачем столько антенн? Потому что они отвечают за разные диапазоны вещания и трансляции:
Следовательно, базовые модели будут иметь одну или две антенны. Однако, это не означает поддержку двух диапазонов. О том, что данный маршрутизатор поддерживает диапазон 5 Ггц, сообщает параметр «двухдиапазонный». Есть также маршрутизаторы с функцией Tri-Band. В этом случае диапазон частот 5 Ггц транслируется на нескольких антеннах.
Кроме того, для самых требовательных появились маршрутизаторы Quad-Stream, с поддержкой частот 60 Ггц.
Новые стандарты именования сети Wi-Fi
Частоты работы – это одно. Другое дело, скорость передачи данных, от которых зависит скорость загрузки страниц и скачивания файлов. Для облегчения ориентации в вышеуказанном вопросе введены стандарты: 802.11/a/b/g/n, 802.11/a/b/g/n/ac, 802.11/a/b/g/n/ad, 802.11/a/n или 802.11 b/g/n и несколько аналогично звучащих.
Теперь момент искренности – вы поняли значение вышеуказанных записей? Специалист без труда их разберёт, но у неспециалиста возникнут сложности. А ведь наличие или отсутствие буквы означает принадлежность к одному из поколений Wi-Fi, другими словами максимальную пропускную способность данных.
Сегодня, после почти 20 лет существования Wi-Fi, ассоциация Wi-Fi Alliance вводит новый стандарт в виде чисел, которые обозначают следующее поколение стандарта Wi-Fi. Чем выше номер, тем новее поколение пользовательского интерфейса, и, следовательно, современнее устройство. Точно так же и в случае смартфонов, где цифры облегчают ориентацию среди устройств разного поколения.
Мы объясним это на следующем примере:
Конечно, поддержка новых поколений означает одновременно совместимость со всеми более низкими.
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»).
Длина маски подсети
Рассмотрим пример. Маршрутизатор принял пакет на ip-адрес (192.168.100.23), в таблице маршрутизации есть 2 записи (192.168.100.0/24 и 192.168.0.0/16) под который подходит этот ip-адрес, но у них разная длина маски. Какую из этих записей выбрать? Выбирается та запись, где маска длиннее, предполагается, что запись с более длинной маской содержит лучший маршрут интересующей нас сети.
Чтобы понять почему так происходит, давайте рассмотрим составную сеть гипотетического университета. Университет получил блок ip-адресов, разделил этот блок ip-адресов на две части, и каждую часть выделил отдельному кампусу.
На кампусе находятся свои маршрутизаторы, на которых сеть была дальше разделена на части предназначенные для отдельных факультетов. Разделение сетей производится с помощью увеличения длины маски, весь блок адресов имеет маску / 16, блоки кампусов имеют маску / 17, а блоки факультетов / 18.
Ниже показан фрагмент таблицы маршрутизации на маршрутизаторе первого кампуса. Он содержит путь до сети первого факультета, 2 факультета, до обще университетской сети, который проходит через университетский маршрутизатор, а также маршрут по умолчанию в интернет, который тоже проходит через обще университетский маршрутизатор.
Предположим, что у на этот маршрутизатор пришел пакет предназначенный для второго факультета, что может сделать маршрутизатор? Он может выбрать запись, которая соответствует второму факультету и отправить непосредственно в сеть этого факультета, либо может выбрать запись, которая соответствует всей университетской сети, тогда отправит на университетский маршрутизатор, что будет явно неправильным.
И так получается, что выбирается всегда маршрут с маской максимальной длины. Общие правила выбора маршрутов следующие.
- Самая длинная маска 32 — это маршрут конкретному хосту, если в таблице маршрутизации есть такой маршрут, то выбирается он.
- Затем выполняется поиск маршрута подсети с маской максимальной длины.
- И только после этого используется маршрут по умолчанию, где маска / 0 под которую подходят все ip-адреса.
Следует отметить, что таблица маршрутизации есть не только у сетевых устройств маршрутизаторов, но и у обычных компьютеров в сети. Хотя у них таблица маршрутизации гораздо меньше.
- Как правило такая таблица содержит описание присоединенной сети, который подключен данный компьютер.
- Адрес маршрутизатора по умолчанию (шлюз или gateway) через который, выполняется подключение к интернет, или к корпоративной сети предприятия.
- А также могут быть дополнительные маршруты к некоторым знакомым сетям, но это необязательно.
Для того чтобы просмотреть таблицу маршрутизации, можно использовать команды route или ip route (route print (Windows); route и ip route (Linux)).
Маршрутизация — поиск маршрута доставки пакета между сетями через транзитные узлы — маршрутизаторы.
Маршрутизатор – тип подключения…
Маршрутизатор должен, в первую очередь, работать с сетью провайдера. Времена, когда интернет был только в телефонной розетке, ушли в небытие, и сегодня вы можете выбирать между подключением через:
- ADSL/VDSL – подключается к телефонному кабелю RJ-11; в продаже имеются также универсальные модели, оборудованные дополнительно RJ-45, что позволяет оставаться с текущим маршрутизатором в случае переключения с телефонного оператора на оптоволоконный или радиоинтернет.
- RJ-45 – иначе LAN порт, т.е. подключение к интернету через кабельные сети;
- LTE – поддерживают работу с SIM-картой; делятся на мобильные (карманные) и стационарные маршрутизаторы, оснащенные модемом GSM.
…и размер здания
Благодаря маршрутизатору вы сможете пользоваться интернетом в разных местах. Поэтому сигнал Wi-Fi должен достигать каждой из комнат, а также выходить за пределы здания, обеспечивая сетевое подключение на балконе, террасе или около здания (если это отдельный дом).
Вот почему так важно сопоставить маршрутизатор с объемом здания и пространством, в котором должна быть доступна беспроводная сеть. Вот 3 основных правила:
Вот 3 основных правила:
- в маленьком доме, в квартире или в небольшой компании, которым нужен интернет только для основных действий, вы можете использовать одну из основных моделей, поддерживающих частоту 2,4 Ггц. Тем не менее, безусловно, лучше будет инвестировать в двухдиапазонное оборудование. Стоит много больше, но позволит работать гораздо быстрее диапазоне 5 Ггц.
- двухэтажные дома, широкие или многоуровневые офисы требуют модульных систем, где помимо маршрутизатора используются также точки доступа, коммутаторы и системы Mesh;
- для крупных компаний, дистрибьюторских центров, производственных цехов и складов, нужны сильно сложные системы, основанные на нескольких точках доступа и коммутаторах. В такой инфраструктуре применяются также аппаратные брандмауэры.
Отдельную категорию составляют игры и мультимедиа, для которых рекомендуется применение маршрутизатора с полосой 5 Ггц в двухполосном, трехдиапазонном и даже четырехпотоковом режиме, где доступны 2, 3 или 4 полосы пропускания Wi-Fi. Эти устройства обеспечивают низкий уровень пинга и плавность онлайн-игр, а также позволяют передавать потоковое видео с частотой 4K 60 Гц.
Начало работы с маршрутизацией и коммутацией
После осознания методов, с помощью которых технологии маршрутизации
и коммутации способны помочь вашему бизнесу, следующим шагом является
определение наличия правильной платформы для удовлетворения потребностей
вашей компании. В следующем списке перечислены соображения, с рассмотрения
которых можно начать работу.
Качество существующего оборудования
Сетевые продукты, предназначенные для клиентов или домашнего
пользования, не способны выдержать гонку и выполнять задачи, обусловленные
развитием предприятия. Например, эти продукты могут быть неспособны
обрабатывать трафик или предоставлять качественную передачу звука,
видео или беспроводную связь, а также могут требовать индивидуального
управления каждым устройством. Маршрутизаторы и коммутаторы бизнес-класса
предоставляют компании надежную связь и обеспечивают экономию благодаря
общему доступу к оборудованию.
Гибкость
Инвестируйте вложения в сеть, которая способна развиваться со
временем, чтобы вы могли добавлять функции и возможности, когда
таковые потребуются компании. В число дополнений могут входить новые
приложения, например, для видеонаблюдения, IP-телефонии, интегрированной
системы обмена сообщения и беспроводной связи.
Легкое подключение
Убедитесь, что ваше оборудование для маршрутизации и коммутации
можно легко устанавливать, использовать и администрировать. Например,
коммутаторы со встроенным источником питания позволяют размещать
такое оборудование, как беспроводные точки доступа и IP-телефоны,
в любых точках, где присутствуют настенные сетевые разъемы. Это
избавляет вас от проблем и затрат на установку дополнительных электрических
розеток и проводов для питания устройств.
Надежность
Бизнес-кризисы бывают различными — от сбоев электропитания до ураганов,
включая все промежуточные варианты. Способность вашей организации
обеспечивать нормальную работу во время кризисов может основываться
на надежности вашей сети. Сеть, специально разработанная для обеспечения
высокой надежности и избыточности, предоставит необходимую гарантию
того, что ваш бизнес будет продолжаться.
Есть вопросы?
Обращайтесь в «Аквилон-А», чтобы узнать подробности и
получить именно то, что вам требуется.
