 |
|
Сравнение программной и аппаратной реализации маршрутизаторов
Маршрутизаторы
Маршрутиза́тор (router) - сетевое устройство, пересылающее пакеты данных между различными сегментами сети и принимающее решения на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.
Существует 2 вида маршрутизаторов: программный и аппаратный (программно-аппаратный). В первом случае он является частью операционной системы одного из компьютеров сети, во втором случае – специальным вычислительным устройством.
Аппаратный маршрутизатор – специализированное устройство, собранное на узкоспециализированном процессоре RISC или ARM, объединяющее в отдельном корпусе множество маршрутизирующих модулей.
Разделим на 4 уровня работу маршрутизатора:
1) уровень интерфейсов;
2) уровень сетевого протокола;
3) канальный уровень;
4) уровень протоколов маршрутизации.
Уровень интерфейсов (нижний уровень) обеспечивает физический интерфейс со средой передачи данных. Для этого маршрутизатор должен иметь до нескольких десятков разьемов соответствующих типов. Часть интерфейсов используется для подключения к локальной сети, часть – к глобальным сетям. Самой важной характеристикой для потребителя является перечень поддерживаемых маршрутизатором физических интерфейсов (портов). В зависимости от выбранной конфигурации каждый порт поддерживает определенный вид протокола передачи данных. Каждый порт маршрутизатора является конечной точкой подсети, поэтому ему присваивается два типа адресов – локальный и сетевой .
Уровень сетевого протокола реализуется с помощью специального модуля, который вычисляет контрольную сумму пакета, время жизни пакета в сети, отбрасывает поврежденные пакеты. В отличие от мостов и коммутаторов, маршрутизатор имеет функцию фильтрации трафика, т.е. он способен обрабатывать и анализировать отдельные поля пакетов. Для управления этой функцией он оснащается пользовательским интерфейсом, с помощью которого можно без проблем задавать правила фильтрации.
Второй задачей уровня сетевого протокола является обслуживание очередей пакетов, если скорость их обработки меньше скорости поступления. При этом после достижения очереди определенной критической величины, вновь поступающие пакеты отбрасываются .
Третьей и основной задачей сетевого уровня является определение маршрута пакета. Из поля адреса назначения пакета извлекается номер сети, затем маршрутизатор по нему определяет сетевой адрес следующего маршрутизатора и идентификатор своего порта, через который необходимо передать данный пакет. Если этот номер отсутствует, то пакет отбрасывается. Для передачи пакета другому маршрутизатору необходимо перевести его сетевой адрес в локальный, используя специальную таблицу соответствия.
Четвертой функцией сетевого уровня является фрагментация пакетов, если у них не совпадают максимально допустимые значения длины поля данных кадра.
На канальном уровне производится упаковка пакета в кадр соответствующего формата с записью локального адреса следующего маршрутизатора. После этого кадр отправляется в сеть.
С помощью протоколов маршрутизации производится построение таблиц маршрутизации в автоматическом режиме. Эти протоколы не следует путать с сетевыми т.к. они собирают и передают только служебную информацию (в частности об изменениях в сети). В качестве транспорта используются обычные сетевые протоколы.
На основе карт маршрутизации определяется наикратчайший путь до конечного адреса.
В отличие от коммутаторов и мостов, в таблицах маршрутизации записываются номера подсетей, а не MAC-адреса. Вторым отличием является активный обмен с другими маршрутизаторами информацией о топологии связей в подсетях, их пропускная способность и состояние каналов.
Особенности современных маршрутизаторов.
К современному маршрутизатору предъявляются следующие требования:
1) скорость работы;
2)функциональность.
Функциональность характеризуется набором поддерживаемых сетевых протоколов, протоколов маршрутизации, портов. Она достигается с помощью использования модульной конструкции, когда в одно шасси устанавливается несколько блоков с портами определенного типа.
Требование скорости работы маршрутизатора особенно важно в современных условиях, когда суммарная скорость движения пакетов может достигать нескольких терабит в секунду. С учетом этого требования маршрутизаторы могут строится:
а) однопроцессорными, когда каждый протокол реализуется с помощью специального программного модуля;
б) многопроцессорными, когда каждый порт имеет свой специальный процессор. При этом для нескольких портов может использоваться и общий специализированный процессор. Такая узкая специализация позволяет существенно увеличить скорость работы маршрутизатора.
Программный маршрутизатор – это рабочая станция или выделенный сервер, имеющий несколько сетевых интерфейсов и снабженный специальным программным обеспечением, настроенным на маршрутизацию.
Под специальным программным обеспечением может выступать ОС на ядре Linux, ОС WINDOWS или ОС FreeBSD, у которой в базовой установке уже заложен функционал маршрутизации .
У каждого из этих видов есть свои характерные преимущества и недостатки. Аппаратные роутеры принято считать более надежным решением, но как показывает практика при наличие прямых рук любая техника работает как надо.
Программные маршрутизаторы обладают более гибким функционалом. Набор функций зависит от программы, количество портов для подключения сетей от количества сетевых карт. Программные маршрутизаторы чаще всего используются как максимально гибкое решение за меньшую стоимость. Понадобится лишь старый компьютер с необходимым количеством сетевых плат. В качестве программной начинки используются всевозможные варианты Linux'a, в т.ч. компактные версии, специально адаптированные для создания программных маршрутизаторов. В последнем случае для компьютера даже жесткий диск не понадобится. Достаточно иметь привод CD-ROM и USB-флешку для хранения файла конфигурации. Сама система загружается с CD-диска, затем подгружает конфигурацию со сменного носителя.
Благодаря программной реализации и мощности центрального процессора, программные маршрутизаторы могут работать вплоть до 7 уровня модели OSI.
Сравнение программной и аппаратной реализации маршрутизаторов
У каждой реализации маршрутизаторов есть свои плюсы и минусы.
Аппаратные маршрутизаторы:
Плюсы:
1. Настройки для удобства могут производятся через web консоль, настройка таким образом значительно ускоряет ввод оборудование в эксплуатацию.
2. Использование специализированных процессоров, позволяющих аппаратно управлять сетевой маршрутизацией.
3. Аппаратные устройства имеют все требуемые сертификаты и допуски для предъявления контролирующим органам.
4. Компоненты устройства подобраны с учётом их полной совместимости.
5. Большая сфера применения.
6. Для некоторых устройств пожизненная гарантия.
7. Низкое энергопотребление.
Минусы:
1. Цена устройств может быть очень высокой.
2. Каждое аппаратное устройство имеет предел маштабируемости, после которого нужно покупать устройство классом выше.
3. Необходимость иметь аналогичное устройство про запас, так как если оборудование выйдет из строя, производитель сможет прислать оборудование на замену в течении 1-2 недель.
4. Нет возможности работать выше 3 уровня сетевой модели.
Программные маршрутизаторы:
Плюсы:
1. Цена устройства в несколько раз может быть ниже при сравнении с аппаратным устройством аналогичной производительности.
2. Производительность системы можно легко увеличить с помощью замены комплектующих (добавление оперативной памяти, более производительный процессор или сетевая карта с большей скоростью).
3. Благодаря программной реализации доступны все 7 уровней сетевой модели для обработки и фильтрации.
4. При использовании специализированного ПО, возможность реализации балансировки по входящим интернет-каналам.
5. Возможность использования средств шифрования и туннелирования, доступных только для компьютеров.
6. При выходе из строя устройства, его замена проходит с минимальными задержками.
Минусы:
1. Для достижения стабильности работы необходима тщательная подборка комплектующих на совместимость.
2. Трудность при прохождении специальной сертификации из-за используемых комплектующих внутри компьютера.
3. Из-за специфики ОС, программные маршрутизаторы больше подвержены системным сбоям.
4. На настройку и запуск оборудования требуется намного больше времени.
5. Для реализации специфичного протокола, требуются глубокие знания ОС и языков программирования.
6. Большее энергопотребление.