Маршрутизатор (вычисления) - Router (computing)

Эта статья про сетевое устройство. Для деревообрабатывающего инструмента см. Маршрутизатор (деревообработка).

А Cisco Маршрутизатор ASM / 2-32EM развернут в ЦЕРН в 1987 г.

А маршрутизатор[а] это сетевое устройство что вперед пакеты данных между компьютерная сеть. Маршрутизаторы выполняют функции направления трафика на Интернет. Данные, отправленные через Интернет, например страница в Интернете или же электронное письмо, находится в виде пакетов данных. Пакет обычно отправлено от одного маршрутизатора к другому через сети, которые составляют объединенная сеть (например, в Интернете), пока не достигнет места назначения узел.[2]

Маршрутизатор подключен к двум или более линиям передачи данных от разных IP сети.[b] Когда пакет данных поступает на одну из линий, маршрутизатор считывает сетевой адрес информация в заголовке пакета для определения конечного пункта назначения. Затем, используя информацию в своем таблица маршрутизации или же политика маршрутизации, он направляет пакет в следующую сеть на своем пути.

Наиболее известные типы IP-маршрутизаторов: маршрутизаторы для дома и небольшого офиса это просто вперед IP-пакеты между домашними компьютерами и Интернетом. Более сложные маршрутизаторы, такие как корпоративные маршрутизаторы, соединяют сети крупных предприятий или интернет-провайдеров с мощными основные маршрутизаторы которые передают данные с высокой скоростью по оптоволокно линии Магистраль Интернета.

Операция

Когда несколько маршрутизаторов используются во взаимосвязанных сетях, они могут обмениваться информацией об адресах назначения, используя протокол маршрутизации. Каждый маршрутизатор создает таблица маршрутизации, список маршрутов между двумя компьютерными системами во взаимосвязанных сетях.[3]

Маршрутизатор имеет два типа компонентов сетевых элементов, организованных для отдельной обработки. самолеты:[4]

  • Плоскость управления: Маршрутизатор поддерживает таблицу маршрутизации, в которой указывается, какой маршрут должен использоваться для пересылки пакета данных и через какое соединение физического интерфейса. Для этого используются внутренние предварительно настроенные директивы, называемые статические маршруты, или по обучающим маршрутам динамично с использованием протокола маршрутизации. Статические и динамические маршруты хранятся в таблице маршрутизации. Затем логика уровня управления удаляет несущественные директивы из таблицы и создает база экспедиторской информации (FIB) для использования самолетом-отправителем.
  • Экспедиционный самолет: Маршрутизатор пересылает пакеты данных между входящими и исходящими интерфейсными соединениями. Он перенаправляет их в правильный тип сети, используя информацию о том, что пакет заголовок содержит соответствующие записи в FIB, предоставленные плоскостью управления.

Приложения

Типичный дом или небольшой офис DSL роутер показывая телефонная розетка (слева, белый) подключить его к Интернету с помощью ADSL, и Ethernet домкраты (справа, желтый) для подключения к домашним компьютерам и принтерам.

Маршрутизатор может иметь интерфейсы для разных типов физический слой соединения, такие как медные кабели, оптоволокно, или же беспроводной коробка передач. Он также может поддерживать разные сетевой уровень стандарты передачи. Каждый сетевой интерфейс используется для пересылки пакетов данных от одной системы передачи к другой. Маршрутизаторы также могут использоваться для соединения двух или более логических групп компьютерных устройств, известных как подсети, каждый со своим сетевой префикс.

Маршрутизаторы могут обеспечивать связь внутри предприятий, между предприятиями и Интернетом или между интернет-провайдеры Сети (интернет-провайдеров). Самые большие маршрутизаторы (такие как Cisco CRS-1 или же Можжевельник PTX) соединяют между собой различных интернет-провайдеров или могут использоваться в крупных корпоративных сетях.[5] Маршрутизаторы меньшего размера обычно обеспечивают подключение к типичным домашним и офисным сетям.

Маршрутизаторы любых размеров можно найти внутри предприятий.[6] Самые мощные маршрутизаторы обычно можно найти у интернет-провайдеров, академических и исследовательских учреждений. Крупному бизнесу также могут потребоваться более мощные маршрутизаторы, чтобы справиться с постоянно растущими требованиями интранет трафик данных. А иерархическая модель межсетевого взаимодействия для соединения маршрутизаторов в больших сетях широко используется.[7]

Доступ, ядро ​​и распространение

Снимок экрана веб-интерфейса LuCI, используемого OpenWrt. Эта страница настраивает Динамический DNS.

Маршрутизаторы доступа, в том числе небольшой офис / домашний офис (SOHO), расположены дома и на объектах клиентов, например в филиалах, в которых нет необходимости. иерархическая маршрутизация свои собственные. Обычно они оптимизированы для низкой стоимости. Некоторые маршрутизаторы SOHO могут работать с альтернативной бесплатной прошивкой на базе Linux, например Помидор, OpenWrt или же DD-WRT.[8][неудачная проверка ]

Маршрутизаторы распределения собирают трафик от маршрутизаторов с множественным доступом. Маршрутизаторы распределения часто несут ответственность за обеспечение качества обслуживания в Глобальная сеть (WAN), поэтому в них может быть установлен значительный объем памяти, несколько подключений к интерфейсу WAN и существенные встроенные процедуры обработки данных. Они также могут обеспечивать подключение к группам файловых серверов или другим внешним сетям.[нужна цитата ]

На предприятиях основной маршрутизатор может предоставить разрушенный позвоночник соединение маршрутизаторов уровня распределения из нескольких зданий кампуса или крупных предприятий. Они, как правило, оптимизированы для высокой пропускной способности, но лишены некоторых функций граничных маршрутизаторов.[9][неудачная проверка ]

Безопасность

Необходимо внимательно рассмотреть внешние сети как часть общей стратегии безопасности локальной сети. Маршрутизатор может включать брандмауэр, VPN обработки и других функций безопасности, или они могут выполняться отдельными устройствами. Маршрутизаторы также обычно выполняют преобразование сетевых адресов который ограничивает подключения, инициируемые из внешних подключений, но не всеми специалистами признается функцией безопасности.[10] Некоторые эксперты утверждают, что Открытый исходный код маршрутизаторы более безопасны и надежны, чем закрытый исходный код маршрутизаторы, потому что маршрутизаторы с открытым исходным кодом позволяют быстро находить и исправлять ошибки.[11]

Маршрутизация разных сетей

Маршрутизаторы также часто различают по сети, в которой они работают. Маршрутизатор в локальная сеть (LAN) отдельной организации называется внутренний маршрутизатор. Маршрутизатор, работающий в Интернет позвоночник описывается как внешний маршрутизатор. В то время как маршрутизатор, который соединяет локальную сеть с Интернетом или Глобальная сеть (WAN) называется пограничный маршрутизатор, или же шлюз маршрутизатор.[12]

Подключение к Интернету и внутреннее использование

Маршрутизаторы, предназначенные для подключения к Интернет-провайдерам и крупным предприятиям, обычно обмениваются маршрутной информацией с помощью Протокол пограничного шлюза (BGP). RFC  4098 определяет типы маршрутизаторов BGP в соответствии с их функциями:[13]

  • Пограничный маршрутизатор (также называемый граничный маршрутизатор провайдера): Размещается на границе сети Интернет-провайдера. Маршрутизатор использует Протокол внешнего пограничного шлюза (EBGP) к маршрутизаторам других интернет-провайдеров или крупного предприятия автономные системы.
  • Абонентский пограничный маршрутизатор (также называемый клиентский пограничный маршрутизатор): Расположенный на краю абонентской сети, он также использует EBGP в автономной системе своего провайдера. Обычно он используется в (корпоративной) организации.
  • Межпровайдерский пограничный маршрутизатор: Маршрутизатор BGP для подключения к Интернету, который поддерживает сеансы BGP с другими маршрутизаторами BGP в автономных системах ISP.
  • Основной маршрутизатор: Находится в автономной системе в качестве основы для передачи трафика между граничными маршрутизаторами.[14]
  • Внутри интернет-провайдера: в автономной системе провайдера маршрутизатор использует внутренний протокол BGP для связи с другими граничными маршрутизаторами интернет-провайдера. интранет базовые маршрутизаторы или пограничные маршрутизаторы провайдера интрасети.
  • Магистральная сеть Интернета: Интернет больше не имеет четко идентифицируемой магистрали, в отличие от сетей его предшественников. Видеть зона, свободная по умолчанию (ДФЗ). Системные маршрутизаторы основных интернет-провайдеров составляют то, что можно считать текущим магистральным ядром Интернета.[15] Интернет-провайдеры используют все четыре типа маршрутизаторов BGP, описанных здесь. Базовый маршрутизатор ISP используется для соединения своих граничных и граничных маршрутизаторов. Базовые маршрутизаторы также могут иметь специализированные функции в виртуальные частные сети на основе комбинации BGP и Многопротокольная коммутация меток протоколы.[16]
  • Перенаправление портов: маршрутизаторы также используются для Перенаправление порта между частными серверами, подключенными к Интернету.[6]
  • Маршрутизаторы для обработки голоса, данных, факсов и видео: обычно называемые доступ к серверам или же шлюзы, эти устройства используются для маршрутизации и обработки голосового, информационного, видео и факсимильного трафика в Интернете. С 2005 года большинство междугородних телефонных звонков обрабатывались как IP трафик (VOIP ) через голосовой шлюз. Использование маршрутизаторов серверного типа расширилось с появлением Интернета, сначала за счет коммутируемого доступа, а во втором - за счет услуг голосовой связи.
  • Обычно в более крупных сетях многослойные переключатели, при этом устройства уровня 3 используются для простого соединения нескольких подсетей в одной зоне безопасности, а коммутаторы более высокого уровня - когда фильтрация, перевод, Балансировка нагрузки или требуются другие функции более высокого уровня, особенно между зонами.

История

Первый маршрутизатор ARPANET, Интерфейсный процессор сообщений был доставлен в Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе 30 августа 1969 г. и был запущен в эксплуатацию 29 октября 1969 г.

Концепция Интерфейсный компьютер был впервые предложен Дональд Дэвис для Сеть NPL в 1966 г.[17] Ту же идею придумал Уэсли Кларк в следующем году для использования в ARPANET. Названный Интерфейсные процессоры сообщений (IMP), эти компьютеры имели в основном те же функции, что и современные маршрутизаторы. Идея роутера (так называемого шлюзы в то время) изначально возникла благодаря международной группе исследователей компьютерных сетей, названной Международная сетевая рабочая группа (INWG). Созданная в 1972 году как неофициальная группа для рассмотрения технических вопросов, связанных с подключением различных сетей, она стала подкомитетом Международная федерация обработки информации позже в том же году.[18] Эти шлюзовые устройства отличались от большинства предыдущих коммутация пакетов схемы двумя способами. Во-первых, они соединили разнородные сети, такие как последовательные линии и локальные сети. Во-вторых, они были без подключения устройств, которые не играли никакой роли в обеспечении надежной доставки трафика, оставляя это полностью на хозяева. Эта конкретная идея, сквозной принцип, ранее были впервые применены в ЦИКЛАДЫ сеть.

Идея была исследована более подробно с намерением создать прототип системы как часть двух одновременных программ. Один был первым DARPA - инициированная программа, создавшая TCP / IP архитектура, используемая сегодня.[19] Другой был программой в Xerox PARC изучить новые сетевые технологии, которые дали Универсальный пакет PARC система; из-за проблем, связанных с корпоративной интеллектуальной собственностью, в течение многих лет ему уделялось мало внимания за пределами Xerox.[20] Спустя некоторое время после начала 1974 года в строй вступили первые маршрутизаторы Xerox. Первый настоящий IP-маршрутизатор был разработан Джинни Стразисар в BBN в рамках этой инициативы DARPA в 1975–1976 гг.[21] К концу 1976 г. три PDP-11 в экспериментальном прототипе Internet находились на вооружении маршрутизаторы.[22]

Первые многопротокольные маршрутизаторы были независимо созданы штатными исследователями в Массачусетский технологический институт и Стэнфорд в 1981 г .; Стэнфордский маршрутизатор был сделан Уильям Йегер, и Массачусетский технологический институт Ноэль Чиаппа; оба были также основаны на PDP-11.[23][24][25][26] Практически все сети теперь используют TCP / IP, но многопротокольные маршрутизаторы все еще производятся. Они были важны на ранних этапах роста компьютерных сетей, когда использовались протоколы, отличные от TCP / IP. Современные интернет-маршрутизаторы, поддерживающие как IPv4, так и IPv6, являются многопротокольными, но являются более простыми устройствами, чем маршрутизаторы, обрабатывающие протоколы AppleTalk, DECnet, IP и Xerox.

С середины 1970-х - 1980-х годов универсальные миникомпьютеры служили маршрутизаторами. Современные высокоскоростные маршрутизаторы сетевые процессоры или узкоспециализированные компьютеры с дополнительными аппаратное ускорение добавлено для ускорения как общих функций маршрутизации, таких как пересылка пакетов, так и специализированных функций, таких как IPsec шифрование. Существует существенное использование Linux и Unix программные машины, работающие Открытый исходный код код маршрутизации, для исследований и других приложений. В Cisco IOS операционная система была разработана независимо. Основные операционные системы маршрутизатора, такие как Юнос и NX-OS, являются сильно модифицированными версиями программного обеспечения Unix.

Пересылка

Дальнейшая информация: Маршрутизация и IP-маршрутизация

Основное назначение маршрутизатора - соединение нескольких сетей и пересылка пакетов, предназначенных либо для сетей с прямым подключением, либо для более удаленных сетей. Маршрутизатор считается слой-3 устройство, поскольку его первичное решение о пересылке основывается на информации в IP-пакете уровня 3, в частности, на IP-адресе назначения. Когда маршрутизатор получает пакет, он просматривает свою таблицу маршрутизации, чтобы найти наилучшее совпадение между IP-адресом назначения пакета и одним из адресов в таблице маршрутизации. Как только совпадение найдено, пакет инкапсулируется в слой-2 кадр канала данных для исходящего интерфейса, указанного в записи таблицы. Маршрутизатор обычно не просматривает полезную нагрузку пакета,[нужна цитата ] но только для адресов уровня 3, чтобы принять решение о пересылке, плюс, возможно, другая информация в заголовке для подсказок, например, качество обслуживания (QoS). Для чистой IP-переадресации маршрутизатор предназначен для минимизации государственный информация, связанная с отдельными пакетами.[27] После пересылки пакета маршрутизатор не сохраняет никакой исторической информации о пакете.[c]

Сама таблица маршрутизации может содержать информацию, полученную из различных источников, таких как дефолт или же статические маршруты которые настраиваются вручную, или динамические записи из протоколы маршрутизации где маршрутизатор узнает маршруты от других маршрутизаторов. Маршрут по умолчанию - это маршрут, который используется для маршрутизации всего трафика, пункт назначения которого иначе не отображается в таблице маршрутизации; это распространено - даже необходимо - в небольших сетях, таких как дом или небольшой бизнес, где маршрут по умолчанию просто отправляет весь нелокальный трафик на интернет-провайдер. Маршрут по умолчанию можно настроить вручную (как статический), узнать с помощью протоколов динамической маршрутизации или получить с помощью DHCP.[d][28]

Маршрутизатор может одновременно запускать более одного протокола маршрутизации, особенно если он служит пограничным маршрутизатором автономной системы между частями сети, которые используют разные протоколы маршрутизации; если это так, то может использоваться перераспределение (обычно выборочно) для обмена информацией между различными протоколами, работающими на одном и том же маршрутизаторе.[29]

Помимо принятия решения о том, на какой интерфейс пересылается пакет, который обрабатывается в основном через таблицу маршрутизации, маршрутизатор также должен управлять перегрузкой, когда пакеты прибывают со скоростью, превышающей скорость обработки маршрутизатором. В Интернете обычно используются три политики: падение хвоста, случайное раннее обнаружение (КРАСНЫЙ) и взвешенное случайное раннее обнаружение (WRED). Отбрасывание хвоста - самый простой и легкий в реализации; маршрутизатор просто отбрасывает новые входящие пакеты, когда буферное пространство в маршрутизаторе исчерпано. RED вероятностно отбрасывает дейтаграммы раньше, когда очередь превышает предварительно сконфигурированную часть буфера, до заранее определенного максимума, когда он отбрасывает все входящие пакеты, возвращаясь к отбрасыванию хвоста. WRED можно настроить для более быстрого отбрасывания пакетов в зависимости от типа трафика.

Другая функция, которую выполняет маршрутизатор, - решить, какой пакет должен быть обработан первым, когда существует несколько очередей. Это осуществляется через QoS, что критично при Голос по IP развернут, чтобы не вводить чрезмерные задержка.[нужна цитата ]

Еще одна функция, которую выполняет маршрутизатор, называется маршрутизация на основе политик где создаются специальные правила для отмены правил, полученных из таблицы маршрутизации, когда принимается решение о пересылке пакета.[30]

Функции маршрутизатора могут выполняться через те же внутренние пути, по которым пакеты проходят внутри маршрутизатора. Некоторые функции могут выполняться через специализированная интегральная схема (ASIC), чтобы избежать накладных расходов на планирование процессорного времени для обработки пакетов. Другие, возможно, придется выполнять через ЦП, поскольку эти пакеты требуют особого внимания и не могут быть обработаны ASIC.[нужна цитата ]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Выраженный /ˈрuтər/ в Британский английский, /ˈраʊтər/ в Американец и Австралийский английский.[1]
  2. ^ В отличие от Сетевой коммутатор, который соединяет линии передачи данных из одной сети
  3. ^ В некоторых реализациях маршрутизатора действие пересылки может увеличивать счетчик, связанный с записью в таблице маршрутизации для сбора статистических данных.
  4. ^ Маршрутизатор может служить DHCP-клиентом или DHCP-сервером.

Рекомендации

  1. ^ "роутер". Оксфордский словарь английского языка (Интернет-ред.). Издательство Оксфордского университета. (Подписка или членство участвующего учреждения требуется.)
  2. ^ «Обзор основных концепций протокола маршрутизации: архитектуры, типы протоколов, алгоритмы и показатели». Tcpipguide.com. В архиве из оригинала 20 декабря 2010 г.. Получено 15 января 2011.
  3. ^ «Введение в динамическую маршрутизацию сетевой академии Cisco». Cisco. В архиве с оригинала 27 октября 2015 г.. Получено 1 августа, 2015.
  4. ^ Х. Хосрави и Т. Андерсон (ноябрь 2003 г.). Требования к разделению управления IP и пересылки. Дои:10.17487 / RFC3654. RFC 3654.
  5. ^ «Настройка uo Netflow на маршрутизаторах Cisco». Дата MY-Technet.com неизвестна. В архиве из оригинала 14 июля 2011 г.. Получено 15 января 2011.
  6. ^ а б «Windows Home Server: настройка маршрутизатора». Microsoft Technet 14 августа 2010 г. В архиве из оригинала 22 декабря 2010 г.. Получено 15 января 2011.
  7. ^ Оппенгеймер, Pr (2004). Дизайн сети сверху вниз. Индианаполис: Cisco Press. ISBN  978-1-58705-152-4.
  8. ^ «Windows Small Business Server 2008: Настройка маршрутизатора». Microsoft Technet, ноябрь 2010 г. В архиве с оригинала 30 декабря 2010 г.. Получено 15 января 2011.
  9. ^ «Планирование базовой сети». Microsoft Technet 28 мая 2009 г. В архиве из оригинала 2 октября 2010 г.. Получено 15 января 2011.
  10. ^ «Соображения безопасности NAT» (PDF). Университет Мичигана. Архивировано из оригинал (PDF) 18 октября 2014 г.
  11. ^ «Глобальные интернет-эксперты раскрывают план по созданию более безопасных и надежных маршрутизаторов Wi-Fi и Интернета». В архиве из оригинала от 20.10.2015.
  12. ^ Тамара Дин (2009). Сеть + Руководство по сетям. Cengage Learning. п. 272. ISBN  9781423902454.
  13. ^ Х. Берковиц; и другие. (Июнь 2005 г.). Терминология для сравнительного анализа сходимости устройств BGP в плоскости управления. Дои:10.17487 / RFC4098. RFC 4098.
  14. ^ "Магистральный Интернет-маршрутизатор M160" (PDF). Juniper Networks. В архиве (PDF) из оригинала 20 сентября 2011 г.. Получено 15 января 2011.
  15. ^ «Виртуальные магистральные маршрутизаторы» (PDF). IronBridge Networks, Inc. Сентябрь 2000 г. В архиве (PDF) из оригинала 16 июля 2011 г.. Получено 15 января 2011.
  16. ^ Э. Розен; Ю. Рехтер (апрель 2004 г.). BGP / MPLS VPN.
  17. ^ Робертс, доктор Лоуренс Г. (май 1995 г.). "ARPANET и компьютерные сети". В архиве из оригинала 24 марта 2016 г.. Получено 13 апреля 2016. Затем, в июне 1966 года, Дэвис написал вторую внутреннюю статью «Предложение по цифровой коммуникационной сети», в которой он придумал слово «пакет» - небольшую часть сообщения, которое пользователь хочет отправить, а также представил концепцию « Интерфейсный компьютер «должен находиться между пользовательским оборудованием и пакетной сетью.
  18. ^ Дэвис, Шанкс, Харт, Баркер, Депре, Детвилер и Римл, «Отчет Подгруппы 1 по системе связи», INWG Note No. 1.
  19. ^ Винтон Серф, Роберт Кан, «Протокол для взаимодействия в пакетной сети», IEEE Transactions on Communications, Volume 22, Issue 5, May 1974, pp. 637–648.
  20. ^ Дэвид Боггс, Джон Шох, Эдвард Тафт, Роберт Меткалф, "Щенок: межсетевая архитектура" В архиве 2008-09-11 на Wayback Machine, IEEE Transactions on Communications, Volume 28, Issue 4, April 1980, pp. 612-624.
  21. ^ "Мисс Джинни Стразисар". Общество истории информационных технологий. В архиве с оригинала на 1 декабря 2017 г.. Получено 21 ноября 2017.
  22. ^ Крейг Партридж, С. Блюменталь, «Сеть передачи данных в BBN»; IEEE Annals of the History of Computing, Volume 28, Issue 1; Январь – март 2006 г.
  23. ^ Долина ботаников: кто на самом деле изобрел многопротокольный маршрутизатор и почему это должно нас волновать? В архиве 2016-03-03 в Wayback Machine, Служба общественного вещания, доступ 11 августа 2007 г.
  24. ^ Маршрутизатор Man В архиве 2013-06-05 на Wayback Machine, NetworkWorld, доступ 22 июня 2007 г.
  25. ^ Дэвид Д. Кларк, «Внедрение сети университетского городка M.I.T.», CCNG-2, Campus Computer Network Group, M.I.T., Кембридж, 1982; С. 26.
  26. ^ Пит Кэри, «Правдивая история стартапа: часто рассказываемая история запуска Cisco не учитывает драму, интригу», San Jose Mercury News, 1 декабря 2001 г.
  27. ^ Робертс, Лоуренс (22 июля 2003 г.). «Следующее поколение IP - маршрутизация потока». В архиве из оригинала 4 апреля 2015 г.. Получено 22 февраля 2015.
  28. ^ Дэвид Дэвис (19 апреля 2007 г.). «Администрирование Cisco 101: что нужно знать о маршрутах по умолчанию». В архиве с оригинала от 19 декабря 2017 г.
  29. ^ Дайан Тир (март 2013 г.). Внедрение Cisco IP Routing (ROUTE): базовое учебное руководство. Cisco Press. С. 330–334.
  30. ^ Дайан Тир (март 2013 г.). «Глава 5: Реализация управления путём». Внедрение Cisco IP Routing (ROUTE): базовое учебное руководство. Cisco Press. С. 330–334.

внешняя ссылка