Як працуюць маршрутызатары і камутатары
У сучасных камп'ютэрных сетках маршрутызатары і камутатары з'яўляюцца двума найбольш распаўсюджанымі прыладамі, якія можна знайсці ў дамах, офісах, школах і нават у буйных цэнтрах апрацоўкі дадзеных. Хоць абодва тыпы прылад злучаюць прылады, каб яны маглі мець зносіны адна з адной, яны працуюць па-рознаму і выконваюць розныя ролі. Разуменне прынцыпаў працы маршрутызатараў і камутатараў мае вырашальнае значэнне для праектавання эфектыўных, бяспечных і стабільных сетак. У гэтым артыкуле абмяркоўваюцца асноўныя паняцці, прынцыпы іх працы, іх адрозненні і іх прымяненне ў сетках.
Вызначэнне і функцыя перамыкача
Камутатар — гэта сеткавая прылада, якая працуе ў асноўным на другім узроўні (канал перадачы дадзеных) мадэлі OSI, хоць некаторыя камутатары могуць працаваць да трэцяга ўзроўню (шматслаёвыя камутатары). Асноўная функцыя камутатара — падключэнне некалькіх прылад у лакальнай сетцы (LAN), такіх як кампутары, прынтары, кропкі доступу або серверы, каб усе гэтыя прылады маглі абменьвацца дадзенымі адна з адной.
Камутатары адрозніваюцца ад канцэнтратараў (старэйшых прылад) тым, што яны не рассылаюць дадзеныя на ўсе парты. Замест гэтага яны адпраўляюць дадзеныя толькі на правільны порт прызначэння, што паскарае сетку і памяншае канфлікты дадзеных.
Прынцып працы камутатара: MAC-адрас і камутацыя
Асноўны прынцып камутатара заключаецца ў выкарыстанні MAC-адраса (Media Access Control - кіраванне доступам да асяроддзя), які з'яўляецца унікальным фізічным адрасам, прызначаным кожнай сеткавай карце (NIC). Каб адпраўляць кадры дадзеных на патрэбную прыладу, камутатар стварае табліцу пад назвай Табліца MAC-адрасоў (часта таксама называецца табліцай CAM).
Вось агульны працоўны працэс пераключэння:
1. Навучанне (працэс навучання)
Калі прылада адпраўляе кадр на камутатар, камутатар счытвае зыходны MAC-адрас кадра. Затым камутатар запісвае гэты MAC-адрас на пэўным порце. Напрыклад, калі MAC-адрас прылады А выяўлены на порце 3, камутатар захоўвае інфармацыю «MAC A → порт 3».
2. Перасылка
Калі камутатар атрымлівае кадр з MAC-адрасам прызначэння, ён шукае гэты MAC-адрас у сваёй табліцы.
– Калі знойдзены, камутатар адпраўляе кадр толькі на адпаведны порт.
– Калі ніводнага пакета не знойдзена, камутатар перасылае яго на ўсе парты, акрамя порта крыніцы, каб атрымаць адказ ад прылады прызначэння. Пасля атрымання адказу камутатар вывучае MAC-адрас.
3. Фільтраванне
Калі камутатар атрымлівае кадр і аказваецца, што порт прызначэння супадае з портам крыніцы (напрыклад, прылада прызначэння знаходзіцца на тым жа порце), камутатар можа адмовіцца перасылаць кадр за непатрэбнасцю.
Дзякуючы гэтаму механізму камутатар дазваляе эфектыўна падтрымліваць сувязь у лакальнай сетцы і мінімізуе непатрэбны трафік.
Дамен калізій, дамен рассылкі і VLAN на камутатары
Камутатары таксама адыгрываюць важную ролю ў кіраванні даменамі калізій. На камутатары кожны порт з'яўляецца асобным даменам калізій, таму калізіі дадзеных сустракаюцца значна радзей, чым у сетках на аснове канцэнтратараў.
Аднак для шырокавяшчальных даменаў (абласцей, якія будуць атрымліваць шырокавяшчальныя паведамленні, такія як ARP), камутатары ўсё яшчэ знаходзяцца ў адным шырокавяшчальным дамене, калі яны не падзеленыя з дапамогай VLAN (віртуальных лакальных сетак).
З дапамогай віртуальных лакальных сетак (VLAN) камутатар можа «падзяліць» адну фізічную прыладу на некалькі лагічных сетак. Напрыклад, VLAN 10 для персаналу і VLAN 20 для гасцей. Прылады ў розных VLAN не могуць перадаваць інфармацыю адна адной непасрэдна, таму:
– павышаная бяспека,
– лепшая прадукцыйнасць,
– больш акуратнае кіраванне сеткай.
Для падключэння розных віртуальных лакальных сетак (VLAN) патрабуецца прылада 3-га ўзроўню, такая як маршрутызатар або камутатар 3-га ўзроўню.
Вызначэнне і функцыя маршрутызатара
Маршрутызатар — гэта сеткавая прылада, якая працуе на 3-м узроўні (сетка). Яго асноўная функцыя — падключэнне розных сетак, напрыклад, падключэнне офіснай лакальнай сеткі да Інтэрнэту або падключэнне некалькіх падсетак унутры кампаніі.
Калі камутатары сканцэнтраваны на адпраўцы дадзеных на аснове MAC-адрасоў у адной сетцы, то маршрутызатары сканцэнтраваны на адпраўцы дадзеных на аснове IP-адрасоў паміж сеткамі.
Акрамя маршрутызацыі, сучасныя маршрутызатары часта маюць дадатковыя функцыі, такія як:
– NAT (пераўтварэнне сеткавых адрасоў),
– брандмаўэр,
– DHCP-сервер,
– VPN,
– QoS (якасць абслугоўвання),
– балансаванне нагрузкі або пераключэнне на іншы рахунак у пэўнай сетцы.
Прынцып працы маршрутызатара: вызначэнне табліцы маршрутызацыі і шляху
Прынцып працы маршрутызатара заключаецца ў тым, каб вызначыць, куды адпраўляць пакет дадзеных, на аснове IP-адраса прызначэння. Для прыняцця гэтага рашэння маршрутызатар выкарыстоўвае табліцу маршрутызацыі — спіс маршрутаў, які змяшчае інфармацыю аб сетцы прызначэння і найлепшы «шлях» для дасягнення яе.
Кароткі змест працоўнага працэсу маршрутызатара:
1. Атрыманне пасылкі
Маршрутызатар атрымлівае пакеты з інтэрфейса (напрыклад, з лакальнай сеткі).
2. Прачытайце IP-адрас прызначэння
Маршрутызатар аналізуе IP-загаловак і шукае IP-адрас прызначэння.
3. Знайдзіце супадзенне ў табліцы маршрутызацыі
Маршрутызатар шукае найбольш прыдатны запіс (звычайна выкарыстоўваючы прынцып супадзення найдаўжэйшага прэфікса). Напрыклад, маршрут да 192.168.10.0/24 будзе больш канкрэтным, чым 192.168.0.0/16.
4. Вызначце наступны пераход і выходны інтэрфейс
Калі маршрут знойдзены, маршрутызатар вызначае, куды трэба пераслаць пакет: суседняму маршрутызатару (next-hop) або непасрэдна ў падлучаную сетку.
5. Адпраўка пасылак
Маршрутызатар перасылае выходныя пакеты праз адпаведны інтэрфейс.
Калі маршрутызатар не знаходзіць маршруту, пакет будзе адкінуты, калі толькі няма маршруту па змаўчанні, напрыклад, 0.0.0.0/0 да інтэрнэт-шлюза.
Статычная і дынамічная маршрутызацыя
Маршрутызатары могуць атрымліваць інфармацыю пра маршрут двума спосабамі:
1. Статычная маршрутызацыя
Адміністратары ўводзяць маршруты ўручную. Гэта падыходзіць для невялікіх сетак або тых, якія рэдка мяняюць маршруты. Недахопам з'яўляецца тое, што пры змене тапалогіі адміністратар павінен абнаўляць маршруты па чарзе.
2. Дынамічная маршрутызацыя
Маршрутызатары абменьваюцца інфармацыяй аб маршрутах адзін з адным, выкарыстоўваючы пратаколы маршрутызацыі, такія як RIP, OSPF, EIGRP або BGP. Яны падыходзяць для сярэдніх і вялікіх сетак, бо яны больш адаптыўныя. Калі шлях абрываецца, маршрутызатар можа знайсці альтэрнатыўны шлях.
NAT і роля маршрутызатараў у Інтэрнэце
Адной з найбольш распаўсюджаных функцый маршрутызатара, якія выкарыстоўваюцца ў дамах або невялікіх офісах, з'яўляецца NAT (пераўтварэнне сеткавых адрасоў). NAT дазваляе некалькім прыладам у лакальнай сетцы выкарыстоўваць адзін публічны IP-адрас для доступу да Інтэрнэту.
Як гэта працуе:
– Унутраныя прылады выкарыстоўваюць прыватныя IP-адрасы (напрыклад, 192.168.1.x).
– Маршрутызатар пераўтварае злучэнне ў публічны IP-адрас, калі яно выходзіць у Інтэрнэт.
– Маршрутызатар захоўвае табліцу пераўтварэнняў, каб адказы з Інтэрнэту маглі быць вернутыя на патрэбную прыладу.
NAT дапамагае захаваць публічны IPv4 і дадае базавы ўзровень бяспекі, бо знешнія прылады не могуць непасрэдна атрымаць доступ да ўнутраных прылад без спецыяльных правілаў (напрыклад, пераадрасацыі партоў).
Асноўныя адрозненні паміж маршрутызатарамі і камутатарамі
Карацей кажучы, асноўныя адрозненні можна абагульніць наступным чынам:
– Камутатар: злучае прылады ў адной лакальнай сетцы, працуе з MAC-адрасамі, арыентаваны на эфектыўнасць лакальнай сувязі.
– Маршрутызатар: злучае розныя сеткі, працуе з IP-адрасамі, вызначае маршруты пакетаў паміж сеткамі і ў Інтэрнэт.
На практыцы яны часта выкарыстоўваюцца разам: камутатары будуюць унутраныя лакальныя сеткі, маршрутызатары злучаюць гэтыя лакальныя сеткі з іншымі сеткамі (напрыклад, з Інтэрнэтам або філіялам).
Прыклады рэалізацыі ў рэальных сетках
У невялікім офісе:
– Камутатары падключаюць ПК супрацоўнікаў, сеткавыя прынтары і кропкі доступу.
– Маршрутызатар становіцца шлюзам у Інтэрнэт, забяспечваючы NAT, DHCP і брандмаўэр.
У буйных кампаніях:
– Некалькі камутатараў доступу для карыстальніцкіх прылад.
– Размеркавальны або асноўны перамыкач для аб'яднання некалькіх сегментаў.
– Маршрутызатар або камутатар 3-га ўзроўню для маршрутызацыі паміж віртуальнымі лакальнымі сеткамі (VLAN) і падключэннямі да глабальнай сеткі (WAN/ISP).
Выснова
Маршрутызатары і камутатары з'яўляюцца асновай камп'ютэрных сетак. Камутатары працуюць у асноўным на другім узроўні, адпраўляючы кадры на аснове MAC-адрасоў, ствараючы табліцы MAC-адрасоў і памяншаючы непатрэбны трафік у лакальнай сетцы. Тым часам маршрутызатары працуюць на трэцім узроўні, адпраўляючы пакеты на аснове IP-адрасоў, выкарыстоўваючы табліцы маршрутызацыі для выбару найлепшага шляху паміж сеткамі і апрацоўваючы такія крытычна важныя функцыі, як NAT і падключэнне да Інтэрнэту. Разумеючы, як працуюць абодва, мы можам распрацоўваць больш хуткія, больш структураваныя і больш бяспечныя сеткі, якія адпавядаюць нашым патрэбам.
Калі хочаце, магу дадаць схему працоўнага працэсу, просты прыклад канфігурацыі (напрыклад, VLAN + міжвіланная маршрутызацыя) або больш тэхнічную версію артыкула, прысвечаную вашай канкрэтнай прыладзе (Cisco/MikroTik).
