Router - Smerovač

Ako náhle budeme požadovať, aby si jednotlivé segmenty lokálnych sietí zachovali relatívnu samostatnosť (napríklad vlastnú sieťovú adresu, možnosť samostatnej správy a pod.), alebo keď potrebujeme vzájomne prepojiť lokálne siete rôznych typov, keď spájame dve lokálne siete cez rozľahlú sieť, alebo keď vytvárame vzájomné prepojenie sietí so zložitejšou topológiou, musíme k tomu použiť všeobecnejšie riešenie, než aké ponúkajú mosty. Potrebujeme prepojovacie zariadenie, ktoré už pracuje na úrovni sieťovej vrstvy referenčného modelu OSI. Takéto zariadenie sa nazýva smerovač (angl. router). Až takéto zariadenie totiž "vníma" vlastný obsah jednotlivých rámcov (na úrovni linkovej vrstvy), dokáže správne rozpoznať formát jednotlivých paketov, ktoré sú v rámcoch prenášané a využiť informácie, ktoré sú v nich obsiahnuté. 

Hlavná úloha smerovačov je vlastne rovnaká s úlohou sieťovej vrstvy - teda postarať sa o doručenie paketov od ich pôvodného odosielateľa až ku konečnému príjemcovi. Smerovače teda musia prijímať rozhodnutia o tom, kadiaľ majú ďalej odoslať každý jednotlivý paket tak, aby sa dostal k svojmu cieľu - teda zaisťovať to, čomu sa bežne hovorí smerovanie (routing). Smerovače musia nutne používať nejaký algoritmus smerovania, na základe ktorého svoje rozhodnutia prijímajú. Tento algoritmus a z neho vychádzajúce smerovanie môže mať statickú povahu (t.j. byť nezávislé na okamžitom stave siete – fixné jednocestné alebo viaccestné smerovacie tabuľky, záplava, náhodné smerovanie), alebo môže mať naopak dynamickú povahu a reagovať tak na priebežnú situáciu v sieti. V tomto druhom prípade, ktorý je dnes najčastejší, potom ešte potrebuje vhodnú metódu, resp. protokol, prostredníctvom ktorého získava potrebné informácie o stave siete. Vo všeobecnosti tento problém riešia takzvané adaptívne techniky smerovania:

• centralizované – centrum vyhodnocuje cestu a rozposiela pakety
• izolované – uzol si úpravy smerovacej tabuľky robí sám a to buď na základe spätného učenia (angl. backward learning), alebo podľa algoritmu horúceho zemiaka (angl. hot potatoe)
• distribuované – uzol si úpravy smerovacej tabuľky robí sám na základe informácií, ktoré mu posielajú susedné uzly
• hierarchické – pri veľmi veľkých sieťach by bola smerovacia tabuľka obrovská, preto sa celá sieť rozdelí na podsiete a v tabuľke sa udržujú smerovacie informácie pre danú podsieť a smerníky na ostatné podsiete

Ďalšou charakteristickou odlišnosťou smerovačov od mostov je to, že sú pre ostatné entity na úrovni sieťovej a linkovej vrstvy viditeľné. Majú svoje adresy a pakety, ktoré nimi majú prejsť sú im explicitne adresované (zatiaľ čo mosty zachytávajú akúkoľvek prevádzku v každom z pripojených segmentov). Preto tiež smerovače spracovávajú menej rámcov než mosty, ale ich spracovanie je zasa o to náročnejšie. Je dobré si uvedomiť, že pre funkciu smerovača je nutné, aby vzájomne prepojované siete používali rovnaký protokol na úrovni sieťovej vrstvy - podľa nej totiž smerovač rozpoznáva odosielateľa i adresáta jednotlivých paketov, a rozhoduje o tom, kadiaľ ich ďalej odoslať. Nie je však nutné, aby to tiež platilo i na úrovni linkovej a fyzickej vrstvy. Tu sa už konkrétne protokoly a prenosové technológie môžu líšiť. Smerovače sú dnes obvykle konštruované tak, aby mali viac rôznych rozhraní (tzv. portov) a aby ich bolo možné vzájomne prepojiť napríklad pomocou pevných okruhov, verejných dátových sietí, optických prenosových ciest, a pripojiť k nim rôzne lokálne siete podľa štandardov IEEE 802 a pod..

Multiprotokolové smerovače

Požiadavka rovnakého (a z toho vyplýva, že jediného) protokolu v sieťovej vrstve je ale veľmi obmedzujúca, zvlášť v dnešnej dobe, kedy vedľa seba koexistuje celá rada sústav protokolov (okrem ISO/OSI tiež TCP/IP, SNA, DECnet, SPX/IPX a ďalšie) a užívatelia volajú po ich čo najtesnejšej integrácii v rámci tzv. heterogénnych sietí (t.j. sietí, ktorých uzly používajú rôzne sústavy protokolov). 

Problém heterogénnych sietí možno riešiť v princípe dvoma spôsobmi - konverziou protokolov a smerovaním viacerých protokolov súčasne. Riešenie prostredníctvom konverzie sa ukázalo byť značne náročné a nespoľahlivé a preto sa presadila predovšetkým druhá možnosť. Poprední výrobcovia dnes ponúkajú tzv. multiprotokolové smerovače (multiprotocol routers), schopné pracovať súčasne s viacerými rôznymi protokolmi. Multiprotokolový smerovač musí byť schopný rozpoznať typ paketu, ktorý dostane od linkovej vrstvy a podľa toho aplikovať ten smerovací algoritmus, ktorý k príslušnému sieťovému protokolu prislúcha. Do tejto kategórie možno zaradiť aj smerovač, ktorého návrh je súčasťou tohto projektu. Náš smerovač bude konkrétne spracovávať protokoly IP a IPX.

„Brouter“ – kombinácia mostu a smerovača

V dnešnej dobe, keď dochádza k stále tesnejšiemu prepájaniu rozľahlých i lokálnych sietí je použitie mostov i smerovačov veľmi rozšírené. Rozhodnutie medzi tým, či v určitej situácii použiť most, či smerovač, nemusí byť vždy hneď zrejmé, zvlášť v lokálnych sieťach so zložitejšou topológiou a väčším počtom používaných protokolov. V dnešnej dobe však existujú zariadenia, ktoré v sebe kombinujú funkcie oboch týchto zariadení. V angličtine sa pre ich označenie používa najčastejšie termín bridge/router, niekedy tiež: brouter. Ide o zariadenie, ktoré sa snaží fungovať ako smerovač a až v okamihu, keď pre nejaký paket nevie aplikovať smerovací algoritmus, predá pôvodný rámec ďalej tak, ako by to urobil most. Výhodou takéhoto zariadenia je i to, že sa dokáže vyrovnať s takými protokolmi, ktoré vôbec nemožno smerovať (pretože nepočítajú so sieťovou vrstvou - ako napríklad protokoly DECLAT (DEC Local Area Transport), LU 6.2 firmy IBM a protokoly NetBIOS).

Smerovač (Router) pracuje na sieťovej vrstve Referenčného Modelu OSI a preto je závislý na prenosových protokoloch. Na sieti sú smerovače ostatným uzlom viditeľné, pretože disponujú vlastnou sieťovou adresou. Na prepájanie sietí používajú niektorý zo smerovacích algoritmov. Pri rôznych prenosových schopnostiach sietí (rôzne dĺžky paketu, …) musia smerovače vedieť pakety medzi sieťami fragmentovať, čo znamená „rozbiť“ na pakety menšej dĺžky a tie potom smerovať ďalej. Smerovač je oveľa zložitejší a tiež oveľa nákladnejší ako most. Skôr ako sa odošle paket do miesta jeho určenia, musí smerovač analyzovať okamžité prevádzkové podmienky a určiť pre paket najvýhodnejšiu trasu. Ak sa prevádzkové podmienky zmenia, napríklad je chybný jeden zo smerovačov, cez ktoré má paket smerovať, môže smerovač navrhnutú trasu zmeniť a presmerovať paket na novú trasu. Pokiaľ je nevyhnutné prepojiť siete LAN používajúce rôzny sieťový operačný systém s rôznymi protokolmi, musia byť na prepojenie použité smerovače. Vyčerpávajúci popis smerovačov uvádza práca, ktorá sa zameriava na túto časť zadania.