Введение в маршрутизатор
Дата:
Введение
Маршрутизатор также часто называют шлюзовым устройством. В контексте эталонной модели OSI маршрутизатор выполняет ретрансляцию на сетевом уровне — в частности, задачи ретрансляции на уровне 3 — путем хранения и пересылки пакетов данных между различными сетями. Его основная функция заключается в логическом сегментировании и разделении различных сетей. Когда данные необходимо передать из одной подсети в другую, этот процесс облегчается маршрутизирующими возможностями маршрутизатора. В сетевой связи маршрутизатор играет решающую роль в идентификации сетевых адресов и выборе соответствующих IP-путей. Он позволяет создавать гибкие системы межсоединений в различных сетевых средах, связывая различные подсети посредством обработки различных форматов пакетов данных и методов доступа к среде передачи. В операционном плане маршрутизатор принимает информацию только от исходных хостов или других соответствующих маршрутизаторов; по сути, это устройство межсоединений, работающее на сетевом уровне.
Маршрутизаторы обычно находятся на сетевом уровне; следовательно, технология маршрутизации является дисциплиной, неразрывно связанной с этим уровнем. По сравнению с более ранними сетевыми устройствами, такими как мосты, маршрутизаторы представляют собой значительную эволюцию и демонстрируют существенные отличия. Как правило, мосты сталкиваются со значительными ограничениями: они могут соединять только сети, использующие идентичные или схожие протоколы канального уровня, и не способны связывать сети, в которых протоколы канального уровня существенно различаются. Маршрутизаторы, однако, преодолевают это ограничение; они способны соединять любые две различные сети. Тем не менее, соединение таких разрозненных сетей регулируется фундаментальным принципом: для успешного соединения маршрутизатором они должны использовать один и тот же протокол сетевого уровня. Проще говоря, маршрутизация — это дисциплина пересылки и обмена большими объемами информации по сети; более конкретно, она включает в себя передачу информации от адреса источника к адресу назначения по взаимосвязанной сетевой инфраструктуре. В последние годы технология маршрутизации достигла значительного развития и прогресса, особенно с появлением маршрутизаторов пятого поколения. Эти передовые устройства отвечают растущему спросу на интегрированные приложения для передачи данных, голоса и видео и все чаще становятся предпочтительным выбором для большинства домашних сетей и широко используются в них. Кроме того, технология маршрутизации в домашних условиях значительно усовершенствовалась за последние годы, включив в себя современные интеллектуальные технологии для обеспечения быстрой, эффективной и бесперебойной работы пользователя. Эта эволюция способствует общему развитию интернета и сетевых технологий и ускоряет этот процесс.
Маршрутизаторы являются основными узловыми устройствами Интернета. Они определяют, как передаются данные, основываясь на решениях по маршрутизации. Эта стратегия пересылки известна как «маршрутизация» — термин, который также дал маршрутизатору его название. Будучи центральными узлами, соединяющими разрозненные сети, маршрутизаторы составляют основную инфраструктуру — или «магистраль» — глобального Интернета на основе TCP/IP. Скорость обработки данных этими маршрутизаторами является одним из основных узких мест в сетевой связи, в то время как их надежность напрямую определяет общее качество сетевого взаимодействия. Следовательно, в рамках университетских сетей, региональных сетей и даже Интернета в целом, технология маршрутизаторов неизменно занимает центральное место; действительно, ее эволюционная траектория и будущее направление служат микрокосмосом самих исследований Интернета. В то время, когда сетевая инфраструктура и развитие информационных технологий в моей стране процветают, изучение роли, статуса и будущего направления маршрутизаторов в взаимосвязанных сетях имеет огромное значение. Подобное исследование имеет решающее значение для развития отечественных исследований в области сетевых технологий и инфраструктуры, а также для уточнения и опровержения различных ложных представлений о маршрутизаторах и сетевых соединениях, которые в настоящее время циркулируют на рынке.
Принципы
Устройства в сети взаимодействуют друг с другом преимущественно с помощью своих IP-адресов; маршрутизаторы способны пересылать данные только на основе определенных IP-адресов. IP-адрес состоит из двух частей: сетевого адреса и адреса хоста. В Интернете для различения сетевого адреса и адреса хоста используется *маска подсети*. Как и IP-адрес, маска подсети имеет длину 32 бита, и они напрямую соответствуют друг другу: биты «1» в маске подсети соответствуют сетевой части IP-адреса, а биты «0» — части адреса хоста; вместе сетевой адрес и адрес хоста составляют полный IP-адрес. В пределах одной сети сетевая часть всех IP-адресов должна быть идентичной. Связь между компьютерами возможна только между устройствами, имеющими IP-адреса с одинаковым сетевым адресом; если компьютер хочет взаимодействовать с компьютером, расположенным в другом сегменте сети, данные должны передаваться через маршрутизатор. IP-адреса с разными сетевыми адресами не могут напрямую взаимодействовать друг с другом — даже если устройства физически расположены в непосредственной близости. Маршрутизатор обычно имеет несколько портов, что позволяет ему подключаться к нескольким различным сетевым сегментам; сетевой адрес, связанный с IP-адресом каждого конкретного порта, должен совпадать с сетевым адресом сегмента, к которому он подключен. Каждый порт имеет уникальный сетевой адрес, соответствующий определенному сетевому сегменту; такая конфигурация позволяет хостам в каждом соответствующем сегменте отправлять данные на маршрутизатор, используя IP-адрес, назначенный их собственному сегменту.
**Среды передачи**
Маршрутизаторы подразделяются на *локальные маршрутизаторы* и *удаленные маршрутизаторы*. Локальные маршрутизаторы предназначены для подключения к стандартным средам передачи сети, таким как оптоволоконные кабели, коаксиальные кабели или витые пары. Удаленные маршрутизаторы, напротив, предназначены для подключения к удаленным средам передачи и обычно требуют соответствующего периферийного оборудования; например, для подключения по телефонной линии требуется модем, а для беспроводного подключения — беспроводной приемник и/или передатчик.
**Структура**
(1) **Интерфейс питания (ПИТАНИЕ):** Этот интерфейс подключает маршрутизатор к источнику питания.
(2) **Кнопка сброса (RESET):** Эта кнопка позволяет пользователю восстановить заводские настройки маршрутизатора.
(3) **Порт подключения модема/коммутатора (WAN):** Этот интерфейс используется для подключения маршрутизатора к домашнему широкополосному модему (или к сетевому коммутатору) через кабель Ethernet.
(4) **Порты подключения компьютера (LAN 1–4):** Эти интерфейсы используются для подключения отдельных компьютеров к маршрутизатору через кабели Ethernet.
**Процесс запуска**
Подобно стандартной системе ПК, маршрутизатор содержит компонент, выполняющий функцию, аналогичную BIOS; этот компонент известен как **MiniIOS**. MiniIOS позволяет загрузить маршрутизатор и войти в режим восстановления — даже если в флэш-памяти маршрутизатора отсутствует образ ISO — чтобы впоследствии импортировать файл ISO во флэш-память с помощью таких методов, как TFTP или X-MODEM. Таким образом, процесс загрузки маршрутизатора происходит следующим образом:
(1) После включения маршрутизатор сначала выполняет POST (Power-On Self-Test) — процесс, включающий проверку аппаратных компонентов.
(2) После завершения POST маршрутизатор считывает программу Bootstrap, хранящуюся в ПЗУ, для выполнения начальной последовательности загрузки.
(3) После завершения начальной последовательности загрузки маршрутизатор пытается найти и загрузить полный файл образа ISO. В частности, маршрутизатор сначала ищет файл ISO в своей флэш-памяти; если файл ISO найден, он загружает файл и загружает маршрутизатор.
(4) Если в флэш-памяти не найден ISO-файл, маршрутизатор переходит в режим загрузки (BOOT). В режиме загрузки маршрутизатор может использовать ISO-файл, размещенный на TFTP-сервере, или можно использовать TFTP/X-MODEM для передачи ISO-файла во флэш-память маршрутизатора (процесс, обычно называемый «прошивкой» ISO-файла). После завершения передачи маршрутизатор перезапускается, что позволяет ему загрузиться в обычном режиме в режиме командной строки (CLI).
(5) После успешной инициализации ISO-образа маршрутизатор начинает поиск в NVRAM файла STARTUP-CONFIG — также известного как файл конфигурации запуска. Этот файл хранит все конфигурации и изменения, которые были применены к маршрутизатору. Найдя этот файл, маршрутизатор загружает все содержащиеся в нем конфигурации; затем он обучается, генерирует и поддерживает свои таблицы маршрутизации на основе этих настроек. Наконец, после загрузки всех конфигураций в ОЗУ (рабочую память маршрутизатора), он переходит в пользовательский режим, завершая тем самым процесс загрузки.
(6) Если файл STARTUP-CONFIG не найден в NVRAM, маршрутизатор переходит в режим диалога конфигурации — обычно называемый режимом конфигурации «вопрос-ответ». В этом режиме все настройки маршрутизатора могут выполняться в интерактивном режиме посредством серии подсказок и вопросов. Однако при обычных обстоятельствах этот режим используется редко; как правило, для настройки маршрутизатора мы переходим в режим CLI (интерфейс командной строки).
