Routerem w Sieć

Ciekawostki | Dvd,Mp3 | Ebiznes | Gry komputerowe | Internet | Kościół i Internet | Oprogramowanie | Sprzęt |

Routerem w Sieć

Robert Milewski

Dla internautów Sieć to kłębek kabli oplatających planetę niczym pajęczyna. Niewiele osób zdaje sobie sprawę, że ruch w przewodach odbywa się dzięki niewielkim urządzeniom telekomunikacyjnym, umiejscowionym na stykach różnych sieci.

Internet to tak naprawdę setki tysięcy mniejszych i większych sieci lokalnych, podłączonych przez lokalne punkty dostępowe (Point of Presence - POP) do większych sieci, należących do dostawców usług internetowych. Ci z kolei są podłączeni do rozległych sieci szkieletowych (backbone) za pomocą sieciowych punktów dostępowych (Network Access Point - NAP). Tam też stykają się ze sobą sieci szkieletowe należące do różnych organizacji. Ale w jaki sposób dane (np. wiadomości elektroniczne) wysłane do komputera umieszczonego w sieci lokalnej na drugiej półkuli docierają właśnie do niego? Umożliwiają to routery (routers) - urządzenia telekomunikacyjne umieszczane na stykach różnych sieci. Ich zadanie polega między innymi na odczytaniu adresata przechodzącej partii danych i przesłaniu jej pod wskazany adres lub przynajmniej w jego kierunku.

Trochę techniki

Zasada działania routerów jest prosta. Wystarczy wyobrazić sobie kilka różnych sieci lokalnych podłączonych do jednego routera. Wiadomo, że dane wewnątrz sieci krążą w postaci pakietów, tj. niewielkich strumieni bitów zawierających, oprócz partii danych, informacje dotyczące nadawcy i odbiorcy (ich adresy IP). Ponieważ router stanowi element każdej z podłączonych sieci (ma też własny adres IP i ewentualnie nazwę domeny), to przechodzą przez niego wszystkie pakiety krążące w tych sieciach. Zanim router prześle pakiet dalej, odwołuje się do swojej tablicy konfiguracyjnej (configuration table). Zapisane są w niej informacje, do której części sieci prowadzą określone adresy IP, jaką trasą się tam dostać oraz jak traktować zwykłe pakiety, a jak te o specjalnym znaczeniu (wysokim priorytecie). Każdy pakiet jest analizowany pod kątem tych informacji i dopiero wtedy zostaje podjęta decyzja o przesłaniu go dalej (jeżeli jest skierowany poza sieć lokalną, z której został nadany) lub zatrzymaniu w sieci nadawcy. Jednak zadanie routera na tym się nie kończy - każdorazowo sprawdza, czy dany pakiet dotarł do miejsca przeznaczenia. Jak wiadomo, aby wypełnić wszystkie swoje funkcje, routery korzystają z unikatowych adresów IP, przyporządkowanych do każdego komputera podłączonego do sieci. Ponieważ adresy IP wykorzystywane są przez protokoły trzeciej warstwy modelu referencyjnego OSI (patrz ramka "Fachowa chińszczyzna") często mówi się, że routery są urządzeniami trzeciej warstwy modelu OSI.

Jak wygląda współpraca kilku routerów w dużych sieciach? Przede wszystkim dane o połączeniach w sieci można dostarczyć do tablicy konfiguracyjnej routera na dwa sposoby. Pierwszy to po prostu ręczne wprowadzenie odpowiednich adresów IP przez administratora. Routery zawsze wybierają dla pakietu tę drogę, którą nakazał im administrator (rutowanie statyczne), i w razie awarii części sieci nie mogłyby samodzielnie wybrać innej. Dlatego właśnie są wyposażone w mechanizm pozwalający im co wybrany przedział czasu (najczęściej 15-30 sekund) sprawdzać, jaka jest topologia podłączonej do nich sieci i jakie natężenie ruchu panuje w poszczególnych jej segmentach. W razie tłoku lub awarii router sam decyduje o wybraniu dla pakietu alternatywnej drogi (rutowanie dynamiczne). Setki tysięcy routerów, które tworzą sieć Internet, cały czas na bieżąco monitoruje sytuację na poszczególnych łączach i wzajemnie się o niej informuje. Pakiety kierowane są taką drogą, aby mogły jak najszybciej dotrzeć do adresata. To jedna z najważniejszych cech Internetu - mówi się, że jest siecią o przełączaniu pakietowym (patrz rys. na następnej stronie).

Każdy użytkownik Internetu może osobiście sprawdzić, jaką drogę pokonują zamawiane przez niego pakiety danych. Wystarczy uruchomić tryb MS-DOS (Windows 95/98/Me) lub wiersz poleceń (Windows XP) i wpisać polecenie tracert oraz nazwę domeny, z którą chcemy się połączyć (np. tracert www.pcworld.pl). Oprócz kolejnych routerów, przez które przechodziły pakiety (liczba tzw. hopów), wyświetlona zostanie informacja, ile czasu zajęło im pokonanie drogi do routera i z powrotem.

Ponieważ w sieciach pracuje bardzo wiele różnych urządzeń telekomunikacyjnych, routery bardzo często mylone są z przełącznikami, mostami i hubami, za pomocą których również można sprzęgać sieci lokalne. Pierwsza i najważniejsza różnica między nimi to warstwa modelu referencyjnego OSI, w której pracują. Rutery opierają się na warstwie trzeciej, przełączniki i mosty na drugiej, a huby na pierwszej.

W praktyce przełączniki rozsyłają pakiety do każdego urządzenia w docelowym segmencie sieci ("przełączają" pakiety z jednej sieci do drugiej), dynamicznie przydzielając dostępne pasmo transmisji (najnowsze z nich, przełączniki warstwy trzeciej, mogą trafić już do konkretnej maszyny, natomiast starsze stosują mostkowanie przezroczyste, tzn. na bieżąco uczą się, gdzie w sieci znajdują się określone maszyny). Mosty powielają odebrane dane do odpowiednich segmentów sieci. Nowsze z nich w trakcie przesyłania strumieni bitów uczą się topologii sieciowej. Huby mogą jedynie fizycznie powielić sygnał do wszystkich przyłączonych do niego sieci (na rynku są również huby przełączające, pozwalające na wysyłanie strumieni bitów do konkretnych segmentów sieci).

Wyższa inteligencja routerów w porównaniu do mostów, przełączników i hubów powoduje, że przesłanie przez nie pakietu danych zajmuje nieco więcej czasu. Aby zwiększyć sprawność sieci, bardzo często łączy się sieć lokalną z routerem za pomocą np. przełącznika. Dane lokalne rozsyłane są w takich sieciach w szybszym tempie. Są również routery z opcją przełączania pakietów (tzn. działające także w drugiej warstwie modelu OSI).

Poradnik konsumenta

Wybór routera do sieci domowej lub małej sieci firmowej nie jest łatwy. Z góry założymy tutaj, że będzie ona podłączona do Internetu. W podjęciu odpowiedniej decyzji na pewno pomoże zamieszczona na końcu tabela "Wybrane modele routerów" oraz udzielenie odpowiedzi na trzy zasadnicze pytania:

Z jakiego łącza internetowego będziesz korzystać?
Ilu użytkowników będzie pracowało w sieci?
Ile pieniędzy przeznaczasz na budowę sieci?

Pierwsze z pytań jest o tyle ważne, że każdy router jest przeznaczony do określonego rodzaju połączenia z Internetem. Użytkownicy prywatni najczęściej wykorzystują analogowe łącza modemowe, łącza telewizji kablowej lub ADSL (w Polsce przykładem tego typu usługi jest Neostrada Plus w sieci TP S.A.). W tabeli, w części "Sieci domowe" wymieniono kilka urządzeń wykorzystujących powyższe technologie. Należy pamiętać, że komputery użytkowników prywatnych będą podłączone do routera, który z kolei będzie połączony z modemem kablowym lub modemem ADSL. W wypadku sieci domowych nie trzeba inwestować w urządzenia obsługujące kilka rodzajów łączy internetowych, gdyż wystarczy jedna technologia. Inaczej jest w wypadku małych firm, które przy pewnych profilach działalności muszą mieć możliwość połączenia alternatywnego na wypadek awarii łącza pierwotnego. W tabeli w części "Niewielkie sieci firmowe" zaproponowaliśmy urządzenia pozwalające na jednoczesne połączenie łączem stałym i przez telefonię cyfrową ISDN. Firmy, które nie muszą być stale obecne w sieci, mogą skorzystać z routerów współdziałających z modemami kablowymi, modemami ADSL lub łączami stałymi.

Kolejnym ważnym czynnikiem wpływającym na wybór routera jest liczba komputerów tworzących sieć i współdzielących łącze internetowe. Zarówno osoby prywatne, jak i firmy, w których jest niewielu użytkowników sieci, powinny wybrać tańsze modele, mające do czterech portów komunikacyjnych.

W wypadku większych sieci należy rozważyć zakup albo modelu z większą liczbą portów, albo urządzenia, które można łączyć z innymi routerami (skalowalnego). Pozwoli to złożyć kilka segmentów sieci lokalnej w jedną całość. Również do większych sieci wybiera się model przełączający pakiety (patrz część "Trochę technologii") - znacznie przyspieszy to działanie routera. Można również kupić sprzęt pozwalający na zdalne połączenie z routerem (np. za pomocą linii telefonicznej). W wypadku firm bardzo ważnym czynnikiem wyboru odpowiedniego modelu powinna być obsługa wirtualnych sieci prywatnych (Virtual Private Network - VPN). Im więcej algorytmów szyfrujących ma dany router i im więcej protokołów obsługuje, tym bezpieczniej można się połączyć z siecią firmową za pośrednictwem Internetu.

Ostatnią, ale równie istotną kwestią jest cena urządzeń. Użytkownicy prywatni oraz firmy powinny rozważyć dwie możliwości - połączenie tradycyjne za pomocą skrętki czteroparowej (przepustowość standardowo 10 Mb/s lub 100 Mb/s) lub połączenie bezprzewodowe (obecnie najpopularniejsza i najefektywniejsza jest technologia Wi-Fi, pozwalająca na osiąganie przepustowości do 11 Mb/s w paśmie 2,4 GHz). Technologia bezprzewodowa będzie niezastąpiona np. w starych budynkach, gdzie niemożliwe jest zainstalowanie kabli, lub w wypadku dużej mobilności poszczególnych hostów w sieci (tzn. gdy duża część komputerów w sieci to laptopy). Standardowe okablowanie z pewnością będzie potrzebne tam, gdzie niezbędne są duże przepustowości (np. przy grach sieciowych, przesyłaniu dużych plików). Przykładowe koszty budowy sieci przewodowych i bezprzewodowych dla czterech użytkowników znajdują się w ramce "Koszt sieci". Po wybraniu technologii należy się zorientować, czy routery obsługują odpowiednią przepustowość (w wypadku okablowania) oraz jakiego rodzaju antenę oraz protokół WEP zastosowano w routerach bezprzewodowych (dobre są anteny zewnętrzne i co najmniej 64-bitowe protokoły). Więcej informacji na temat Wi-Fi można znaleźć w artykule "Sieci bez kabli i kłopotów", dostępnym w portalu PC World Komputer On-line pod adresem http://www.pcworld.pl/artykuly/24752.html .

Pożyteczne dodatki

Warto zwrócić uwagę na kilka dodatkowych elementów. Pierwszy to sposób, w jaki można administrować routerem. Im więcej, tym lepiej, choć podstawą powinno być połączenie z okna przeglądarki (jest najwygodniejsze). Kolejną pożyteczną cechą routera jest obsługa DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), czyli dynamicznego przydzielania adresów IP. Jeżeli router ma opcję DHCP Serwer, będzie automatycznie przydzielał adresy IP hostom znajdującym się w sieci lokalnej (z reguły administrator musi podać przewidywaną liczbę hostów). Znacznie upraszcza to procedurę budowy sieci i ułatwia jej zarządzanie. Opcja Klient DHCP przyda się, jeżeli dostawca usług internetowych dynamicznie przydziela adresy IP swoim klientom - router nie będzie mu w tym przypadku przeszkadzał. Jeżeli użytkownicy przywiązują dużą wagę do bezpieczeństwa sieci lokalnej, warto zainwestować w router z firewallem, chroniący przed atakami z zewnątrz. Dobry firewall powinien pozwalać na filtrowanie portów (administrator określa, z których usług w Internecie mogą korzystać użytkownicy lokalni - np. ftp, http lub telnet), pozwalać na zabezpieczenie komunikacji przez porty (opcja port forwarding) oraz umożliwiać tworzenie tzw. strefy zdemilitaryzowanej (DMZ), w której umieszcza się serwery ogólnodostępne. Profesjonalne firewalle umożliwiają zabezpieczenie poprzez specjalne algorytmy filtrowania pakietów, podnoszące znacząco bezpieczeństwo sieci lokalnych (triggered maps oraz stateful inspection). Więcej o technologii stosowanej w firewallach można przeczytać w numerze 1/2003 PC World Komputera.

Na koniec warto wspomnieć o routowaniu statycznym i dynamicznym (patrz część "Trochę teorii"). Wybrany router powinien bezwzględnie obsługiwać obydwa standardy.

Fachowa chińszczyzna

Hop - przejście pakietu danych z jednej sieci do drugiej przez węzeł (router, przełącznik).

Host - urządzenie zainstalowane w środowisku sieciowym.

Hub - bardzo proste urządzenie komunikacyjne, działające w pierwszej warstwie modelu referencyjnego ISO/OSI, służące do rozgałęziania strumienia danych w sieciach LAN. Po prostu przesyła strumienie danych do wszystkich przyłączonych segmentów sieci. Nowsze modele potrafią imitować przełączniki, tzn. przesyłać sygnał do segmentu zawierającego docelową stację.

Model ISO/OSI - model referencyjny połączonych systemów otwartych, standard opracowany w celu ułatwienia połączeń otwartych systemów komputerowych bez względu na pracujący na nich system operacyjny. Model referencyjny dzieli sesję telekomunikacyjną na siedem warstw funkcjonalnych, według naturalnej sekwencji zdarzeń w niej zachodzących. Wyróżniono warstwy: fizyczną, łącza danych, sieciową, transportową, sesji, prezentacji oraz aplikacji. Warstwy od pierwszej do trzeciej umożliwiają dostęp do sieci, a warstwy od czwartej do siódmej są odpowiedzialne za komunikację końcową.

Most (bridge) - jedno z prostszych urządzeń telekomunikacyjnych stosowane do łączenia odrębnych sieci lub do sprzęgania segmentów jednej sieci LAN. Działa na poziomie drugiej warstwy modelu referencyjnego ISO/OSI. Podczas transmisji ramek "uczy się" lokalizacji określonych segmentów sieci i na podstawie tej wiedzy podejmuje później decyzje o przesłaniu ramek danych do odpowiedniego segmentu. Najnowsze wersje mostów wykrywają szkodliwe pętle (pakiety odsyłane pomiędzy mostami).

Przełącznik (switch) - urządzenie telekomunikacyjne umożliwiające przesyłanie danych z wykorzystaniem drugiej warstwy modelu referencyjnego ISO/OSI. W przeciwieństwie do huba, pozwala poszczególnym hostom na wykorzystanie całego dostępnego pasma transmisyjnego. Najprostszy przełącznik rozsyła pakiety do wszystkich maszyn w sieci. Przełącznik stosujący przezroczyste mostkowanie (transparent bridging) "uczy się", w której części sieci znajdują się poszczególne hosty, i tam wysyła pakiety.

Rutowanie (routing) - sposób przesyłania i filtrowania pakietów w sieciach zawierających routery. Najczęściej bywa statyczne lub dynamiczne. W pierwszym wypadku administrator sieci ręcznie wprowadza do pamięci routera parametry sieci (możliwe ścieżki wędrowania pakietów) i w razie awarii sam je modyfikuje. W rutowaniu dynamicznym router co pewien czas automatycznie pobiera dane dotyczące wszystkich możliwych połączeń i sam wybiera optymalną drogę dla pakietów.

Router - urządzenie telekomunikacyjne, które wraz z załączonym oprogramowaniem służy do łączenia sieci (przesyłania danych między sieciami). Działanie routera opiera się na trzeciej (sieciowej) warstwie modelu referencyjnego ISO/OSI.

Routery dysponują informacją o adresach docelowych urządzeń, więc mogą wybrać optymalną trasę przesłania danych.

Copyright by PC World KOMPUTER

opr. JU/PO