Router

Описание

Router(роутер, маршрутизатор) — специальное аппаратное устройство, обеспечивающее пересылку пакетов информации между различными сегментами и участниками сети, с учётом установленных правил и на основе таблиц маршрутизации. Роутер/маршрутизатор может обеспечивать обмен пакетов как внутри сети, так и между сетями проводным и беспроводным(если есть соответствующие передающие/принимающие модули) способами. Межсетевой обмен данными, а также передача трафика от одного пользователя(IP) к другому(IP) требует наличие маршрутизаторов с обеих сторон.

Принцип работы

По своей сути любой роутер/маршрутизатор является создателем или распаковщиком пакетов данных, имеющих чёткую единую структуру. Пакет содержит следующие компоненты:

1) Сеть получателя(как правило ip адрес с уточняющими переменными — административное расстояние, метка маршрутизатора);
2) Ip — адрес конечного пользователя внутренней сети получателя;
3) Время существования маршрута;
4) Интерфейс маршрутизации с внешнего ip на внутренний;
5) Сам пакет с данными.

В реальности заголовок любого пакета выглядит так:

192.168.71.5/21 [110/49] via 192.168.1.24, 00:41:35, FastEthernet0/0.1

Притом, если в таблицах роутера нет описанного маршрута, такой пакет к передаче принят не будет.
Есть и более сложные заголовки маршрутизаций, когда посредников у конечного получателя информации больше одного, а условия прохождения пакета адресату расширены. Именно подробные описания условий успешной оправки/получения данных, как правило, обеспечивают безопасность передаваемой информации и отсеивание сторонних данных.

Типы таблиц маршрутизации

1) Таблицы статической маршрутизации — в таких таблицах все данные вводятся и изменяются вручную. Этот способ неудобен тем, что требует корректировки таблиц роутера при любом изменении структуры сети. С другой стороны, данный вариант маршрутизации наиболее предсказуем, стабилен и безопасен.

2) Таблицы динамической маршрутизации — при таком способе адресные таблицы обновляются и меняются динамически при помощи специальных протоколов. Преимуществом такого способа является отсутствие необходимого участия человека в процессе построения адресной таблицы, а также нахождение самим роутером оптимальных кратчайших маршрутов передачи пакетов между заданными точками с соблюдением условий используемых протоколов.

Основной функционал маршрутизаторов

Основным функционалом возлагаемым на роутеры/маршрутизаторы является построение сетей из нескольких подсетей(самый яркий пример — Интернет: «всемирная паутина» это основная сеть, сеть провайдера — сеть посредник, домашняя сеть — целевая), а также построение управляемых, логически верных потоков информации внутри конкретной локально вычислительной сети. В отличии от свитча, применение маршрутизатора позволяет рационально распределять сетевую нагрузку, ввести правила и ограничения. В определённых случаях роутер может исполнять функции аппаратного межсетевого экрана.

Внутренне строение

Фактически, любой роутер/маршрутизатор это ни что иное как обычный компьютер, имеющий процессор, оперативную память, накопитель(как правило флеш — память) на который записана операционная система, и профильные комплектующие(блоки портов, блоки усилителей сигналов, процессор Wi-Fi, если подобный тип связи предусмотрен и сетевые контроллеры). Главным отличием комплектующих роутера от обычных компьютеров заключается в их заточенности на обработку сетевых сигналов.

Оранжевым отмечен центральный процессор, жёлтым — модуль оперативной памяти. Левее: крупный чип — сетевой контроллер, малый чип — контроллер Wi-Fi.

Обычный компьютер также способен исполнять функции роутера. Для этого потребуется наличие нескольких сетевых карт, а также установка специализированного ПО, как правило, написанного на ядре Linux.

Типы интерфейсов управления

Классически все роутеры оснащаются одним из двух интерфейсов управления — графическим или текстовым.

Графический интерфейс управления применяется в абсолютном большинстве домашних и промышленных роутеров. Визуальное меню позволяет достаточно просто настраивать все параметры маршрутизации. Притом, в некотором оборудовании, например роутерах Mikrotik, для не подготовленных пользователей даже графическое меню может вызвать сложность в настройке из-за большого количества функций.

В свою очередь текстовый интерфейс управления гораздо сложнее, требует специализированных знаний, но несёт неоспоримые плюсы: тонкость настройки оборудования и невозможность навредить маршрутизатору неподготовленным пользователем.

История создания

Впервые концепцию маршрутизации информационных потоков с помощью пакетов и специальных устройств, отправляющих и принимающих их, сформулировал легендарный учёный — компьютерщик Дональд Дэвис в 1966 году, в рамках создания внутренней сети Национальной физической лаборатории Великобритании(NPL). Фактически это была первая успешно созданная полноценная локально — вычислительная сеть в истории человечества. В большинстве технологических подходов Дэвис выступал в роли первопроходца и заложил абсолютно точный фундамент будущих технологий передачи и приёма данных. В роли первого в истории простейшего маршрутизатора выступил компактный(для того времени) компьютер Honeywell DDP-516.

Компьютер Honeywell DDP-516. Сверху — сам блок маршрутизации. Как видно на фото, он имеет множество кнопок и ручек, то есть все настройки происходили в ручном режиме.

При этом годом ранее в интересах американского оборонного ведомства в США стартует аналогичный проект ARPANET. В 1966 году успешный запуск сети Дэвиса ускоряет развитие ARPANET, которая развивается достаточно независимо, но с большой оглядкой на британскую разработку. Американцы разрабатывают первую специализированную универсальную систему IMP(процессор интерфейса сообщений), которая представляет из себя относительно компактный(для тех времён) компьютер оснащённый специальными платами и ПО, как раз занимавшийся коммутацией узлов связи разбросанных по всей территории США.

Процессор интерфейса сообщений IMP. Шкаф слева — вычислительный центр и маршрутизатор. Справа — клавиатура ввода информации.

Притом, IMP участвовали как в построении глобальной оборонной информационной сети, так и соединяли её с обособленными автономными сетями, которые распростёрлись от Гавайев до Лондона.

Это потребовало воплотить действительно сложную структуру маршрутизаций в IMP, что позволяет говорить о том, что именно это устройство стало первым в истории простейшим маршрутизатором или, как принято сейчас называть роутером.

В 1985 году Национальный научный фонд США(NSF) начинается финансирование постройки целой серии суперкомпьютеров, опирающихся на принципиально новые, кремниевые технологии. В 1989 году бОльшая часть суперкопмьютеров была готова, а объединённая сеть получает наименование NSFNET. Она ускоряет и упрощает обмен данными для оборонных, правительственных и научных ведомств. В 1990 году за ненадобностью, ARPANET выводится из эксплуатации.

История современных роутеров

В связи с повсеместно распространяющейся в 1980х сетью Интернет, части пользователей потребовался прямой и желательно быстрый доступ к ней. Первоначально для связи со «всемирной паутиной» использовались аналоговые модемы, которые по средствам кодирования/декодирования аудиосигналов были способны осуществлять приём и передачу информации. Главными недостатками такого типа подключения были нестабильность сигналов телефонных линий и низкая скорость передачи данных, объём которых к концу 1980х значительно вырос. Получалось, что крупные компании могли себе позволить дорогостоящие системы со специализированными системами — маршрутизаторами, частным лицам хватало модемов, а организации среднего и малого форматов оказывались не у дел: суперкомпьютеры слишком дороги, а модемы слишком медленны. К тому же требовалось построение и небольших офисных сетей с общими и индивидуальными правилами и правами.
Тогда на рынке появляется компания Cisco. Первое поколение маршрутизаторов(тогда их называли шлюзами) было представлено в 1986 году и это было ни что иное как небольшой компьютер заточенный под нужды приёма/передачи информации из сети/в сеть по средствам протокола TCP/IP.

После успешной премьеры Cisco компактные маршрутизаторы начали распространяться повсеместно во всём мире, но при этом до 1990х так и оставались уделом корпоративного сегмента рынка. В середине 1990х в западной Европе и США повсеместное распространение получает проводной Интернет(то есть LAN кабель заходит в дом/квартиру) и в это же время основные мировые производители представляют первые компактные роутеры, которые с небольшими видоизменениями используются и в 21 веке.
Главным отличием современных роутеров от предшественников — более мощная вычислительная начинка, компактные размеры, современные протоколы безопасности и возможность беспроводной связи(если предусмотрена производителем).