Функції маршрутизатора

Основна функція маршрутизатора – читання заголовків пакетів мережних протоколів, приймаємих та буферизуємих по кожному порту, та прийняття рішень про подальший маршрут пакета по його мережній адресі, що містить, як правило, номер мережі та номер вузла.

Функції маршрутизатора можуть бути розбиті на 3 групи, відповідно до рівнів моделі OSI (рисунок 5):

На нижньому рівні маршрутизатор, як і будь-який пристрій, підключений до мережі, забезпечує фізичний інтерфейс із середовищем передачі, включаючи узгодження рівнів електричних сигналів, лінійне і логічне кодування, оснащення визначеним типом роз’єму. У різних моделях маршрутизаторів часто передбачаються різні набори фізичних інтерфейсів, що представляють собою комбінацію портів для приєднання локальних і глобальних мереж. З кожним інтерфейсом для підключення локальної мережі нерозривно зв'язаний визначений протокол канального рівня - наприклад, Ethernet, Token Ring, FDDI. Інтерфейси для приєднання до глобальних мереж найчастіше визначають тільки деякий стандарт фізичного рівня, над яким у маршрутизаторі можуть працювати різні протоколи канального рівня. Наприклад, глобальний порт може підтримувати інтерфейс V. 35, над яким можуть працювати протоколи канального рівня: LAP-B (використовуваний у мережах X. 25), LAP-F (використовуваний у мережах frame relay), LAP-D (використовуваний у мережах ISDN). Різниця між інтерфейсами локальних і глобальних мереж пояснюється тим, що технології локальних мереж працюють за власними стандартами фізичного рівня, що не можуть, як правило, використовуватися в інших технологіях, тому інтерфейс для локальної мережі являє собою сполучення фізичного і канального рівнів і носить назву по імені відповідної технології наприклад, інтерфейс Ethernet.

Інтерфейси маршрутизатора виконують повній набір функцій фізичного і канального рівнів по передачі кадру, включаючи одержання доступу до середовища,  формування бітових сигналів, прийом кадра, підрахунок його контрольної суми і передачу поля даних кадра верхньому рівню, у випадку, якщо контрольна сума має коректне значення.

 Як і будь-який кінцевий вузол, кожен порт маршрутизатора має власну апаратну адресу (у локальних мережах МАС -адресу), по якому йому і направляються кадри, що вимагають маршрутизації, іншими вузлами мережі.

Перелік фізичних інтерфейсів, що підтримує та чи інша модель маршрутизатора, є його найважливішою споживчою характеристикою. Маршрутизатор повинен підтримувати всі протоколи канального і фізичного рівнів, що використовуються в кожній з мереж, до яких він буде безпосередньо підключений. На рисунку 5 показана функціональна модель маршрутизатора з чотирма портами, що реалізують наступні фізичні інтерфейси: 10Base-T і 10Base-2 для двох портів Ethernet, UTP для Token Ring і V. 35, над яким можуть працювати протоколи LAP-B, LAP-D чи LAP-F, забезпечуючи підключення до мереж X. 25, ISI DN чи frame relay.

Кадри, що надходять на порти маршрутизатора, після обробки відповідними протоколами фізичного і канального рівнів, звільняються від заголовків канального рівня. Вилучені з поля даних кадра пакети передаються модулю мережного протоколу.

Мережний протокол у свою чергу вилучає з пакета заголовок мережного рівня і аналізує вміст його полів. Насамперед перевіряється контрольна сума, і якщо пакет прийшов ушкодженим, то він відкидається. Виконується перевірка, чи не перевищив час, що провів пакет у мережі (час життя пакета), допустимої величини. Якщо перевищив — то пакет також відкидається. На цьому етапі вносяться коректування у вміст деяких полів, наприклад, нарощується час життя пакета, перераховується контрольна сума.

На мережному рівні виконується одна з найважливіших функцій маршрутизатора - фільтрація трафіка. Маршрутизатор, володіючи більш високим інтелектом, ніж мости і комутатори, дозволяє задавати і може відпрацьовувати значно більш складні правила фільтрації. Пакет мережного рівня, що знаходиться в полі даних кадру, для мостів/комутаторів представляється неструктурованою двійковою послідовністю. Маршрутизатори ж, програмне забезпечення яких містить модуль мережного протоколу, здатні робити розбір і аналіз окремих полів пакета. Вони оснащуються розвинутими засобами користувацького інтерфейсу, що дозволяють адміністратору без особливих зусиль задавати складні правила фільтрації. Вони, наприклад, можуть заборонити проходження в корпоративну мережу всіх пакетів, крім пакетів, що надходять з підмереж цього ж підприємства. Фільтрація в даному випадку виконується по мережних адресах, і всі пакети, адреси яких не входять у дозволений діапазон, відкидаються. Маршрутизатори, як правило, також можуть аналізувати структуру повідомлень станспортного рівня, тому фільтри можуть не пропускати в мережу повідомлення певних прикладних служб, наприклад служби telnet, аналізуючи поле типу протоколу в транспортному повідомленні.

У випадку якщо інтенсивність надходження пакетів вище інтенсивності, з яким вони обробляються, пакети можуть утворити чергу. Програмне забезпечення маршрутизатора може реалізувати різні дисципліни обслуговування черг пакетів: у порядку надходження за принципом “перший прийшов — першим обслугований” (First Input First Output, FIFO), випадкове раннє виявлення, коли обслуговування йде за правилом FIFO, але при досягненні довжиною черги деякого граничного значення пакети, що знову поступають, відкидаються (Random Early Detection, RED), а також різні варіанти пріоритетного обслуговування.

До мережного рівня відноситься основна функція маршрутизатора — визначення маршруту пакета. По номеру мережі, вилученому з заголовка пакета, модуль мережного протоколу знаходить у таблиці маршрутизації рядок, що містить мережну адресу наступного маршрутизатора, і номер порту, на який потрібно передати даний пакет, щоб він рухався в правильному напрямку. Якщо в таблиці відсутній запис про мережу призначення пакета і до того ж немає запису про маршрутизатор за замовчуванням, то даний пакет відкидається.

Перед тим як передати мережну адресу наступного маршрутизатора на канальний рівень, необхідно перетворити його в локальну адресу тієї технології, що використовується в мережі, що містить наступний маршрутизатор. Для цього мережний протокол звертається до протоколу дозволу адрес. Протоколи цього типу установлюють відповідність між мережними і локальними адресами або на підставі заздалегідь складених таблиць, або шляхом розсилання широкомовленнєвих запитів. Таблиця відповідності локальних адрес мережним адресам будується окремо для кожного мережного інтерфейсу. Протоколи дозволу адрес займають проміжне положення між мережним і канальним рівнями.

З мережного рівня пакет, локальна адреса наступного маршрутизатора і номер порту маршрутизатора передаються вниз, канальному рівню. На підставі зазначеного номера порту здійснюється комутація з одним з інтерфейсів маршрутизатора, засобами якого виконується упакування пакета в кадр відповідного формату. У полі адреси призначення заголовка кадру міститься локальна адреса наступного маршрутизатора. Готовий кадр відправляється в мережу.

Мережні протоколи активно використовують у своїй роботі таблицю маршрутизації, але ні її побудовою, ні підтримкою її змісту не займаються. Ці функції виконують протоколи маршрутизації. На підставі цих протоколів маршрутизатори обмінюються інформацією про топологію мережі, а потім аналізують отримані зведення, визначаючи найкращі по тим чи іншим критеріям маршрути. Результати аналізу і складають вміст таблиць маршрутизації.

Крім перерахованих вище функцій, на маршрутизатори можуть бути покладені й інші обов'язки, наприклад операції, пов'язані з фрагментацією.