Ինչպես են աշխատում ռոուտերները և անջատիչները
Ժամանակակից համակարգչային ցանցերում ռաութերներն ու կոմուտատորները ամենատարածված սարքերից երկուսն են, որոնք հանդիպում են տներում, գրասենյակներում, դպրոցներում և նույնիսկ մեծածավալ տվյալների կենտրոններում: Չնայած երկուսն էլ միացնում են սարքերը, որպեսզի կարողանան շփվել միմյանց հետ, դրանք գործում են տարբեր կերպ և ունեն տարբեր դերեր: Ռաութերների և կոմուտատորների աշխատանքային սկզբունքների հասկացումը կարևոր է արդյունավետ, անվտանգ և կայուն ցանցեր նախագծելու համար: Այս հոդվածը քննարկում է հիմնական հասկացությունները, դրանց աշխատանքի եղանակը, դրանց տարբերությունները և ցանցերում դրանց կիրառումը:
Անջատիչի սահմանումը և գործառույթը
Կոմուտատորը ցանցային սարք է, որը հիմնականում գործում է OSI մոդելի 2-րդ մակարդակում (տվյալների կապ), չնայած որոշ կոմուտատորներ կարող են գործել մինչև 3-րդ մակարդակ (բազմաշերտ կոմուտատորներ): Կոմուտատորի հիմնական գործառույթը տեղական ցանցում (LAN) մի քանի սարքեր, ինչպիսիք են համակարգիչները, տպիչները, մուտքի կետերը կամ սերվերները, միացնելն է, որպեսզի այս բոլոր սարքերը կարողանան տվյալներ փոխանակել միմյանց հետ:
Կոմուտատորները տարբերվում են հանգույցներից (հին սարքեր) նրանով, որ դրանք տվյալները չեն հեռարձակում բոլոր միացքներին։ Դրա փոխարեն, դրանք տվյալներն ուղարկում են միայն ճիշտ նպատակակետային միացքին, ինչը ցանցն ավելի արագ է դարձնում և նվազեցնում տվյալների բախումները։
Կոմուտատորի աշխատանքի սկզբունքը. MAC հասցե և կոմուտացիա
Կոմուտատորի հիմնական սկզբունքը MAC (Media Access Control) հասցեի օգտագործումն է, որը յուրաքանչյուր ցանցային քարտին (NIC) վերագրված եզակի ֆիզիկական հասցեն է: Տվյալների շրջանակները ճիշտ սարքին ուղարկելու համար կոմուտատորը կառուցում է աղյուսակ, որը կոչվում է MAC հասցեների աղյուսակ (հաճախ կոչվում է նաև CAM աղյուսակ):
Ահա անջատիչի ընդհանուր աշխատանքային սխեման.
1. Ուսուցում (ուսումնառության գործընթաց)
Երբ սարքը կադր է ուղարկում կոմուտատորին, կոմուտատորը կարդում է կադրի աղբյուրի MAC հասցեն։ Այնուհետև կոմուտատորը գրանցում է այդ MAC հասցեն որոշակի միացքի վրա։ Օրինակ, եթե A սարքի MAC հասցեն հայտնաբերվում է 3-րդ միացքի վրա, կոմուտատորը պահպանում է «MAC A → 3-րդ միացք» տեղեկատվությունը։
2. Վերահասցեավորում
Երբ կոմուտատորը ստանում է մի շրջանակ, որն ունի նպատակակետի MAC հասցե, այն իր աղյուսակում փնտրում է այդ MAC հասցեն։
– Եթե գտնվի, կոմուտատորը կադրը ուղարկում է միայն համապատասխան միացքին։
– Եթե ոչ մեկը չի գտնվում, կոմուտատորը ողողում է փաթեթը (ուղարկելով բոլոր միացքներին, բացի աղբյուրի միացքից), որպեսզի նպատակակետային սարքը պատասխանի։ Պատասխանը ստանալուց հետո կոմուտատորը սովորում է MAC հասցեն։
3. Ֆիլտրացում
Եթե կոմուտատորը ստանում է կադր և պարզվում է, որ նպատակակետի միացքը նույնն է, ինչ աղբյուրի միացքը (օրինակ՝ նպատակակետի սարքը գտնվում է նույն միացքի վրա), կոմուտատորը կարող է հրաժարվել կադրը վերահասցեագրել՝ այն համարելով ավելորդ։
Այս մեխանիզմի շնորհիվ կոմուտատորը թույլ է տալիս LAN-ում հաղորդակցությունը արդյունավետ լինել և նվազագույնի հասցնել ավելորդ երթևեկությունը։
Բախման տիրույթ, հեռարձակման տիրույթ և VLAN Switch-ի վրա
Կոմուտատորները նույնպես կարևոր դեր են խաղում բախման տիրույթների կառավարման գործում: Կոմուտատորի վրա յուրաքանչյուր միացք առանձին բախման տիրույթ է, ուստի տվյալների բախումները շատ ավելի քիչ տարածված են, քան հանգույցի վրա հիմնված ցանցերում:
Այնուամենայնիվ, հեռարձակման տիրույթների համար (տարածքներ, որոնք կստանան հեռարձակումներ, ինչպիսիք են ARP-ը), կոմուտատորները դեռևս գտնվում են նույն հեռարձակման տիրույթում, եթե դրանք չեն բաժանվել VLAN-ների (վիրտուալ տեղական ցանցեր) միջոցով։
VLAN-ների դեպքում կոմուտատորը կարող է մեկ ֆիզիկական սարքը «բաժանել» մի քանի տրամաբանական ցանցերի: Օրինակ՝ VLAN 10-ը անձնակազմի համար և VLAN 20-ը հյուրերի համար: Տարբեր VLAN-ների վրա գտնվող սարքերը չեն կարող ուղղակիորեն հեռարձակվել միմյանց, ուստի՝
- անվտանգության բարձրացում,
- ավելի լավ կատարողականություն,
- ավելի կոկիկ ցանցի կառավարում։
Տարբեր VLAN-ներ միացնելու համար անհրաժեշտ է 3-րդ մակարդակի սարք, ինչպիսիք են ռաութերը կամ 3-րդ մակարդակի անջատիչը։
Ռոուտերի սահմանումը և գործառույթը
Ռոուտերը ցանցային սարք է, որը գործում է 3-րդ մակարդակում (Ցանց): Դրա հիմնական գործառույթը տարբեր ցանցերի միացումն է, օրինակ՝ գրասենյակային տեղական ցանցը ինտերնետին միացնելը կամ ընկերության ներսում բազմաթիվ ենթացանցեր միացնելը:
Եթե անջատիչները կենտրոնանում են նույն ցանցում MAC հասցեների հիման վրա տվյալներ ուղարկելու վրա, ապա ռաութերները կենտրոնանում են ցանցերի միջև IP հասցեների հիման վրա տվյալներ ուղարկելու վրա։
Բացի երթուղայնացումից, ժամանակակից երթուղիչները հաճախ ունեն լրացուցիչ հնարավորություններ, ինչպիսիք են՝
– NAT (ցանցային հասցեի թարգմանություն),
– firewall,
– DHCP սերվեր,
– VPN,
– QoS (Ծառայության որակ),
– որոշակի ցանցի վրա բեռի հավասարակշռում կամ ձախողում:
Ուղղորդիչի աշխատանքի սկզբունքը. Ուղղորդման աղյուսակ և ուղու որոշում
Ռաութերի սկզբունքն այն է, որ որոշվի, թե որտեղ ուղարկել տվյալների փաթեթը՝ հիմնվելով նպատակակետի IP հասցեի վրա: Այս որոշումը կայացնելու համար ռաութերն օգտագործում է ռաութինգի աղյուսակ՝ երթուղիների ցանկ, որը պարունակում է տեղեկատվություն նպատակակետի ցանցի և դրան հասնելու լավագույն «ուղու» մասին:
Հակիրճ՝ ռաութերի աշխատանքային հոսքը.
1. Ստանալ փաթեթը
Ռաութերը փաթեթներ է ստանում ինտերֆեյսից (օրինակ՝ LAN-ից):
2. Կարդացեք նպատակակետի IP հասցեն
Ռաութերը ուսումնասիրում է IP վերնագիրը և նայում նպատակակետի IP հասցեին։
3. Փնտրեք համընկնում երթուղայնացման աղյուսակում
Ռաութերը փնտրում է ամենահարմար գրառումը (սովորաբար օգտագործելով ամենաերկար նախածանցի համընկնման սկզբունքը): Օրինակ, 192.168.10.0/24 երթուղին ավելի կոնկրետ կլինի, քան 192.168.0.0/16-ը:
4. Որոշեք հաջորդ անցման և ելքային ինտերֆեյսը
Եթե երթուղի է գտնվում, ռաութերը որոշում է, թե որտեղ պետք է փաթեթը վերահասցեագրվի՝ հարևան ռաութերին (հաջորդ ցատկը), թե՞ անմիջապես միացված ցանցին։
5. Փաթեթների ուղարկում
Ռաութերը ելքային փաթեթները փոխանցում է համապատասխան ինտերֆեյսի միջոցով։
Եթե ռաութերը չի գտնում երթուղի, փաթեթը կհեռացվի, եթե չկա լռելյայն երթուղի, օրինակ՝ 0.0.0.0/0 դեպի ինտերնետային դարպաս։
Ստատիկ և դինամիկ երթուղավորում
Ուղղորդիչները կարող են ստանալ երթուղու մասին տեղեկատվություն երկու եղանակով՝
1. Ստատիկ երթուղավորում
Ադմինիստրատորները երթուղիները մուտքագրում են ձեռքով: Սա հարմար է փոքր ցանցերի կամ այն ցանցերի համար, որտեղ երթուղիները հազվադեպ են փոխվում: Թերությունն այն է, որ եթե տոպոլոգիայի փոփոխություն է լինում, ադմինիստրատորը պետք է երթուղիները թարմացնի անհատապես:
2. Դինամիկ երթուղավորում
Ռաութերները միմյանց հետ փոխանակում են երթուղու տեղեկատվություն՝ օգտագործելով RIP, OSPF, EIGRP կամ BGP երթուղային արձանագրություններ: Դրանք հարմար են միջինից մինչև մեծ ցանցերի համար, քանի որ ավելի հարմարվողական են: Եթե ուղին կոտրված է, ռաութերը կարող է գտնել այլընտրանքային ուղի:
NAT-ը և ինտերնետում ռաութերների դերը
Տներում կամ փոքր գրասենյակներում հանդիպող ամենատարածված ռաութերի գործառույթներից մեկը NAT-ն է (ցանցային հասցեների թարգմանություն): NAT-ը թույլ է տալիս տեղական ցանցի մի քանի սարքերին օգտագործել մեկ հանրային IP հասցե՝ ինտերնետին մուտք գործելու համար:
Ինչպես է այն աշխատում.
– Ներքին սարքերը օգտագործում են մասնավոր IP հասցեներ (օրինակ՝ 192.168.1.x):
– Ինտերնետին միանալիս ռաութերը կապը թարգմանում է հանրային IP հասցեի։
– Ռոուտերը պահպանում է թարգմանության աղյուսակ, որպեսզի ինտերնետից ստացված պատասխանները կարողանան վերադարձվել ճիշտ սարքին։
NAT-ը օգնում է պահպանել հանրային IPv4-ը և ավելացնում է անվտանգության հիմնական շերտ, քանի որ արտաքին սարքերը չեն կարող ուղղակիորեն մուտք գործել ներքին սարքեր առանց հատուկ կանոնների (օրինակ՝ միացքի վերահասցեավորում):
Հիմնական տարբերությունը ռաութերի և անջատիչի միջև
Հակիրճ ասած, հիմնական տարբերությունները կարելի է ամփոփել հետևյալ կերպ.
– Կոմուտատոր. միացնում է սարքերը մեկ տեղական ցանցում, աշխատում է MAC հասցեի հետ, կենտրոնանում է տեղական հաղորդակցության արդյունավետության վրա։
– Ռոուտեր. միացնում է տարբեր ցանցեր, աշխատում է IP հասցեների հետ, որոշում է փաթեթների երթուղիները ցանցերի միջև և դեպի ինտերնետ։
Գործնականում երկուսն էլ հաճախ օգտագործվում են միասին. կոմուտատորները կառուցում են ներքին տեղական ցանցեր, իսկ ռաութերները միացնում են այդ տեղական ցանցերը այլ ցանցերի (օրինակ՝ ինտերնետի կամ մասնաճյուղի):
Իրական ցանցերում իրականացման օրինակներ
Փոքր գրասենյակում.
– Կոմուտատորները միացնում են աշխատակիցների համակարգիչները, ցանցային տպիչները և մուտքի կետերը։
– Ռոուտերը դառնում է ինտերնետի դարպաս՝ ապահովելով NAT, DHCP և firewall:
Ավելի խոշոր ընկերություններում.
– Օգտատիրոջ սարքերի համար բազմակի մուտքի անջատիչներ։
– Բաշխում կամ միջուկի անջատիչ՝ մի քանի հատվածներ միավորելու համար։
– 3-րդ մակարդակի ռաութեր կամ կոմուտատոր՝ VLAN-ների միջև երթուղայնացման և WAN/ISP-ին միացումների համար։
Եզրակացություն
Ռաութերներն ու կոմուտատորները համակարգչային ցանցերի հիմքն են։ Կոմուտատորները հիմնականում գործում են 2-րդ մակարդակում՝ ուղարկելով շրջանակներ՝ հիմնվելով MAC հասցեների վրա, կառուցելով MAC աղյուսակներ և նվազեցնելով տեղական ցանցում ավելորդ երթևեկությունը։ Միևնույն ժամանակ, ռաութերները գործում են 3-րդ մակարդակում՝ ուղարկելով փաթեթներ՝ հիմնվելով IP հասցեների վրա, օգտագործելով երթուղային աղյուսակներ՝ ցանցերի միջև լավագույն ուղին ընտրելու համար և կատարելով կարևոր գործառույթներ, ինչպիսիք են NAT-ը և ինտերնետին միանալը։ Հասկանալով, թե ինչպես են երկուսն էլ աշխատում, մենք կարող ենք նախագծել ավելի արագ, ավելի կառուցվածքային և ավելի անվտանգ ցանցեր՝ մեր կարիքները բավարարելու համար։
Եթե ցանկանում եք, կարող եմ ավելացնել աշխատանքային հոսքի դիագրամ, պարզ կարգավորման օրինակ (օրինակ՝ VLAN + միջ-VLAN երթուղավորում) կամ հոդվածի ավելի տեխնիկական տարբերակ՝ հատուկ ձեր սարքի համար (Cisco/MikroTik):
