Маршрутизаторлар мен коммутаторлар қалай жұмыс істейді
Қазіргі заманғы компьютерлік желілерде маршрутизаторлар мен коммутаторлар үйлерде, кеңселерде, мектептерде және тіпті ірі деректер орталықтарында кездесетін ең көп таралған құрылғылардың екеуі болып табылады. Екеуі де құрылғыларды бір-бірімен байланыса алу үшін біріктіргенімен, олар әртүрлі жұмыс істейді және әртүрлі рөлдерге ие. Маршрутизаторлар мен коммутаторлардың жұмыс принциптерін түсіну тиімді, қауіпсіз және тұрақты желілерді жобалау үшін өте маңызды. Бұл мақалада негізгі ұғымдар, олардың қалай жұмыс істейтіні, айырмашылықтары және желілердегі қолданылуы талқыланады.
Коммутатордың анықтамасы және қызметі
Коммутатор - бұл негізінен OSI моделінің 2-деңгейінде (Деректер байланысы) жұмыс істейтін желілік құрылғы, дегенмен кейбір коммутаторлар 3-деңгейге (көпқабатты коммутаторлар) дейін жұмыс істей алады. Коммутатордың негізгі функциясы - жергілікті желідегі (ЖЖ) бірнеше құрылғыны, мысалы, компьютерлерді, принтерлерді, кіру нүктелерін немесе серверлерді қосу, осылайша барлық осы құрылғылар бір-бірімен деректер алмаса алады.
Коммутаторлар хабтардан (ескі құрылғылардан) ерекшеленеді, себебі олар деректерді барлық порттарға таратпайды. Керісінше, олар деректерді тек дұрыс тағайындалған портқа жібереді, бұл желіні жылдамдатады және деректердің соқтығысуын азайтады.
Коммутатордың жұмыс принципі: MAC мекенжайы және коммутация
Коммутатордың негізгі қағидасы - әрбір желілік картаға (NIC) тағайындалған бірегей физикалық мекенжай болып табылатын MAC (Media Access Control) мекенжайын пайдалану. Деректер кадрларын дұрыс құрылғыға жіберу үшін коммутатор MAC мекенжай кестесі (көбінесе CAM кестесі деп те аталады) деп аталатын кесте құрады.
Міне, коммутатордың жалпы жұмыс процесі:
1. Оқу (Оқу процесі)
Құрылғы коммутаторға кадр жіберген кезде, коммутатор кадрдың бастапқы MAC мекенжайын оқиды. Содан кейін коммутатор сол MAC мекенжайын белгілі бір портта жазады. Мысалы, егер А құрылғысының MAC мекенжайы 3-портта анықталса, коммутатор "MAC A → 3-порт" ақпаратын сақтайды.
2. Бағыттау
Коммутатор тағайындалған MAC мекенжайы бар кадрды қабылдаған кезде, ол сол MAC мекенжайын өз кестесінен іздейді.
– Егер табылса, коммутатор кадрды тек тиісті портқа жібереді.
– Егер ешқайсысы табылмаса, коммутатор мақсатты құрылғының жауап беруі үшін пакетті толтырады (бастапқы порттан басқа барлық порттарға жібереді). Жауап алынғаннан кейін, коммутатор MAC мекенжайын үйренеді.
3. Сүзу
Егер коммутатор кадрды қабылдаса және тағайындалған порт бастапқы портпен бірдей болып шықса (мысалы, тағайындалған құрылғы сол портта болса), коммутатор қажет емес деп кадрды жіберуден бас тартуы мүмкін.
Бұл механизмнің көмегімен коммутатор жергілікті желідегі байланысты тиімді етуге және қажетсіз трафикті азайтуға мүмкіндік береді.
Соқтығысу домені, хабар тарату домені және коммутатордағы VLAN
Коммутаторлар соқтығысу домендерін басқаруда да маңызды рөл атқарады. Коммутаторда әрбір порт бөлек соқтығысу домені болып табылады, сондықтан деректер соқтығысуы хабқа негізделген желілерге қарағанда әлдеқайда сирек кездеседі.
Дегенмен, хабар тарату домендерінде (ARP сияқты хабар таратуларды қабылдайтын аймақтарда) коммутаторлар әлі де сол хабар тарату доменінде болады — егер олар VLAN (виртуалды LAN) арқылы бөлінбесе.
VLAN желілерінде коммутатор бір физикалық құрылғыны бірнеше логикалық желілерге «бөліп» бере алады. Мысалы, қызметкерлер үшін VLAN 10 және қонақтар үшін VLAN 20. Әр түрлі VLAN желілеріндегі құрылғылар бір-біріне тікелей хабар тарата алмайды, сондықтан:
– қауіпсіздіктің артуы,
– жақсырақ өнімділік,
– желіні ұқыпты басқару.
Әртүрлі VLAN желілерін қосу үшін маршрутизатор немесе 3-деңгейлі коммутатор сияқты 3-деңгейлі құрылғы қажет.
Маршрутизатордың анықтамасы және қызметі
Маршрутизатор - 3-деңгейде (желіде) жұмыс істейтін желілік құрылғы. Оның негізгі функциясы әртүрлі желілерді қосу, мысалы, кеңсе жергілікті желісін интернетке қосу немесе компания ішіндегі бірнеше ішкі желілерді қосу.
Егер коммутаторлар сол желідегі MAC мекенжайларына негізделген деректерді жіберуге бағытталса, маршрутизаторлар желілер арасында IP мекенжайларына негізделген деректерді жіберуге бағытталады.
Маршруттаудан басқа, қазіргі заманғы маршрутизаторларда көбінесе келесідей қосымша мүмкіндіктер бар:
– NAT (Желі мекенжайын аудару),
– брандмауэр,
– DHCP сервері,
– VPN,
– QoS (Қызмет көрсету сапасы),
– белгілі бір желідегі жүктемені теңестіру немесе ауыстырып қосу.
Маршрутизатордың жұмыс принципі: Маршруттау кестесі мен жолды анықтау
Маршрутизатордың принципі - тағайындалған IP мекенжайына негізделген деректер пакетін қайда жіберу керектігін шешу. Бұл шешімді қабылдау үшін маршрутизатор маршруттау кестесін, тағайындалған желі туралы ақпаратты қамтитын маршруттар тізімін және оған жетудің ең жақсы «жолын» пайдаланады.
Маршрутизатордың жұмыс процесінің қысқаша мазмұны:
1. Пакетті алыңыз
Маршрутизатор интерфейстен (мысалы, жергілікті желіден) пакеттерді қабылдайды.
2. Мақсатты IP мекенжайын оқыңыз
Маршрутизатор IP тақырыбын тексеріп, тағайындалған IP мекенжайын қарайды.
3. Маршруттау кестесінен сәйкестікті іздеңіз
Маршрутизатор ең қолайлы жазбаны іздейді (әдетте ең ұзын префикс сәйкестігі принципін қолданады). Мысалы, 192.168.10.0/24 мекенжайына баратын маршрут 192.168.0.0/16 мекенжайына қарағанда нақтырақ болады.
4. Келесі өтпелі және шығыс интерфейсін анықтаңыз
Егер маршрут табылса, маршрутизатор пакетті қайда жіберу керектігін анықтайды: көршілес маршрутизаторға (келесі өтпелі желі) немесе тікелей қосылған желіге.
5. Пакеттерді жіберу
Маршрутизатор шығыс пакеттерін тиісті интерфейс арқылы бағыттайды.
Егер маршрутизатор маршрут таппаса, пакет тасталады, егер әдепкі маршрут болмаса, мысалы, интернет шлюзіне 0.0.0.0/0.
Статикалық және динамикалық маршруттау
Маршрутизаторлар маршрут туралы ақпаратты екі жолмен ала алады:
1. Статикалық маршруттау
Әкімшілер маршруттарды қолмен енгізеді. Бұл шағын желілерге немесе маршруттарды сирек өзгертетін желілерге жарамды. Кемшілігі - топология өзгерген жағдайда әкімші маршруттарды бір-бірлеп жаңартуы керек.
2. Динамикалық маршруттау
Маршрутизаторлар бір-бірімен RIP, OSPF, EIGRP немесе BGP сияқты маршруттау хаттамаларын пайдаланып маршрут туралы ақпарат алмасады. Олар орташа және үлкен желілерге жарамды, себебі олар бейімделгіш. Егер жол үзілсе, маршрутизатор балама жол таба алады.
NAT және Интернетке арналған маршрутизаторлардың рөлі
Үйлерде немесе шағын кеңселерде кездесетін ең көп таралған маршрутизатор функцияларының бірі - NAT (Network Address Translation). NAT жергілікті желідегі бірнеше құрылғыға интернетке кіру үшін бірыңғай жалпы IP мекенжайын пайдалануға мүмкіндік береді.
Ол қалай жұмыс істейді:
– Ішкі құрылғылар жеке IP мекенжайларын пайдаланады (мысалы, 192.168.1.x).
– Маршрутизатор интернетке шыққан кезде қосылымды жалпыға қолжетімді IP мекенжайына түрлендіреді.
– Маршрутизатор интернеттен алынған жауаптарды дұрыс құрылғыға қайтару үшін аударма кестесін сақтайды.
NAT жалпыға қолжетімді IPv4 протоколын сақтауға көмектеседі және қауіпсіздіктің негізгі деңгейін қосады, себебі сыртқы құрылғылар арнайы ережелерсіз (мысалы, портты бағыттау) ішкі құрылғыларға тікелей кіре алмайды.
Маршрутизаторлар мен коммутаторлар арасындағы негізгі айырмашылықтар
Қысқасы, негізгі айырмашылықтарды келесідей қорытындылауға болады:
– Коммутатор: құрылғыларды бір жергілікті желіде қосады, MAC мекенжайымен жұмыс істейді, жергілікті байланыс тиімділігіне баса назар аударады.
– Маршрутизатор: әртүрлі желілерді қосады, IP мекенжайларымен жұмыс істейді, желілер мен интернет арасындағы пакеттік маршруттарды анықтайды.
Іс жүзінде екеуі көбінесе бірге қолданылады: коммутаторлар ішкі жергілікті желілерді құрады, маршрутизаторлар сол жергілікті желілерді басқа желілерге (мысалы, интернет немесе филиал) қосады.
Нақты желілерде іске асыру мысалдары
Кішкентай кеңседе:
– Коммутаторлар қызметкерлердің компьютерлерін, желілік принтерлерді және кіру нүктелерін қосады.
– Маршрутизатор интернетке кіру шлюзіне айналады, NAT, DHCP және брандмауэрді қамтамасыз етеді.
Ірі компанияларда:
– Пайдаланушы құрылғыларына арналған бірнеше қатынау коммутаторлары.
– Бірнеше сегменттерді біріктіруге арналған тарату немесе негізгі қосқыш.
– VLAN және WAN/ISP қосылымдары арасында маршруттауға арналған 3-деңгейлі маршрутизатор немесе коммутатор.
Қорытынды
Маршрутизаторлар мен коммутаторлар компьютерлік желілердің негізі болып табылады. Коммутаторлар негізінен 2-деңгейде жұмыс істейді, MAC мекенжайларына негізделген кадрларды жібереді, MAC кестелерін құрады және жергілікті желідегі қажетсіз трафикті азайтады. Сонымен қатар, маршрутизаторлар 3-деңгейде жұмыс істейді, IP мекенжайларына негізделген пакеттерді жібереді, желілер арасындағы ең жақсы жолды таңдау үшін маршруттау кестелерін пайдаланады және NAT және интернетке қосылу сияқты маңызды функцияларды өңдейді. Екеуінің де қалай жұмыс істейтінін түсіну арқылы біз қажеттіліктерімізді қанағаттандыру үшін жылдамырақ, құрылымдалған және қауіпсіз желілерді жобалай аламыз.
Қаласаңыз, мен жұмыс процесінің диаграммасын, қарапайым конфигурация мысалын (мысалы, VLAN + VLANаралық маршруттау) немесе сіздің нақты құрылғыңызға қатысты мақаланың техникалық нұсқасын (Cisco/MikroTik) қоса аламын.
