Router
Směrovač (router) je protokolově závislé síťové zařízení fungující na úrovni síťové vrstvy. Zajišťuje volbu směru a přechod paketu k cílovému uzlu. Na rozdíl od mostů a přepínačů na linkové vrstvě využívá znalost topologie celé sítě nebo soustavy vzájemně propojených sítí.
Směrování, tzv. routing je hledání cesty od odesílatele k adresátovi pro přenos paketů. Dle různých metod rozhodování o cestě přenosu dat rozlišujeme směrování centralizované, izolované, distribuované atd. Dle polohy cílového uzlu v rámci jedné sítě nebo v síti jiné se směrování rozlišuje na přímé a nepřímé.
Přímé směrování
Má-li být zajištěn přenos paketu mezi uzly jedné sítě, síťová vrstva pouze předá paket vrstvě linkové. O směrování v pravém slova smyslu lze tedy hovořit pouze v případě tzv. nepřímého směrování.
Nepřímé směrování
Jestliže se koncový uzel nenachází ve stejné síti jako odesílající, hledá síťová vrstva vhodnou cestu od odesílatele k příjemci. Nepřímé směrování zpravidla probíhá přes jeden a více přestupních uzlů. Za přestupní uzel, vedoucí z jedné sítě do druhé, je označován směrovač.
Počítačové sítě, vč. Internetu, obecně vycházejí z tzv. katenetového modelu, v rámci kterého jsou jednotlivé sítě propojeny pomocí směrovaců do celé soustavy vzájemně propojených sítí.
Směrovač přijme paket a rozhodne, zda se konečný příjemce nachází v přímém dosahu.
V případě, že ano a paket dorazil do sítě, ve které se nachází cílový uzel, je předán linkové vrstvě.
V opačném případě, kdy směrovač zjistí, že se cílový uzel nenachází v přímém dosahu, tedy v žádné ze sítí, do kterých je zapojen, dochází opět k nepřímému směrování. Směrovač hledá další směrovač, kterému předá paket k doručení.
Přímé a nepřímé směrování je patrné z následujícího obrázku:
Směrování (zdroj: [6])
Směrování se neúčastní pouze přestupní uzly - směrovače, ale také ostatní uzly. Jednou z činností odesílajícího uzlu je rozhodnutí, zda se jedná o přímé nebo nepřímé směrování. V případě nepřímého směrování volí vhodný směrovač.
Směrování - příklad na základě uzlů A, B a D z předchozího obrázku
Přímé směrování (v rámci jedné sítě) - komunikace A-B
Síťová vrstva přijme paket od uzlu A. Porovná čísla sítí z adresy příjemce a odesilatele. Jelikož jsou čísla shodná, síťová vrstva předá paket linkové vrstvě, která převede logickou adresu na fyzickou. Data v podobě linkového rámce jsou předána fyzické vrstvě a po bitech přenesena.
Nepřímé směrování (mezi dvěma sítěmi) - komunikace A-D
Síťová vrstva přijme paket od uzlu A. Porovná čísla sítí z adresy příjemce a odesilatele a zjistí, že se liší. Logická adresa D je uložena stranou a nahrazena adresou výchozí brány ze sítě (směrovače). Směrovač zjistí adresu příjemce a podle toho, v jaké síti se nachází, předá data do cílové sítě nebo hledá další vhodné směrovače. Ve chvíli, kdy data doputují do cílové sítě, probíhá přímé směrování.
Výchozí brána
V sítích založených na rodině protokolů TCP/IP má každý koncový uzel informaci minimálně o jednom směrovači, vedoucím ze sítě, kde se onen koncový uzel nachází. Pro tento směrovač se zažila dnes již nevhodná terminologie - výchozí brána (angl. default gateway). Následující obrázek ukazuje příklad nastavení výchozí brány na počítači s OS Windows.
Nastavení výchozí brány (zdroj: autor)
V rámci sítí na bázi protokolů TCP/IP dále platí, že není-li výchozí brána (směrovač) pro konkrétní přenos do určité cílové sítě vhodná, informuje odesílající koncový uzel o existenci směrovače vhodnějšího pro přenos. Data přesto nezahodí, ale pokusí se zajistit doručení.
Směrovací tabulky
Na základě přístupu k tvorbě a aktualizaci obsahu směrovacích tabulek rozlišujeme:
- statické (neadaptivní) tabulky - obsah zadán i měněn správcem sítě,
- výraznou nevýhodou je jejich neschopnost reagovat na změny v síti a její topologii,
- využití nacházejí v prostředí se zvýšenými požadavky na bezpečnost,
- dynamické (adaptivní) tabulky - zajištěno pouze počáteční nastavení, aktualizace probíhají průběžně z důvodu zajištění znalosti aktuální topologie soustavy sítí a možných reakcí na změny,
- aktualizace zajištěna vzájemnou komunikací mezi směrovači (včasná informace o eventuelní nedostupnosti určité cesty).
Směrovací algoritmy
1. Centralizované směrování
Centrální směrování je založeno na existenci centrálního prvku, tzv. route serveru, který ostatním směrovačům předává informace o možných cestách pro přenos paketu. Směrovač vyšle route serveru dotaz na cestu a jeho další činnost je závislá na odpovědi serveru. Tuto odpověď si po určitou dobu uchová ve své vyrovnávací paměti, aby nezatěžoval route server častým dotazováním.
Nevýhodou centralizovaného směrování je závislost na route serveru, přičemž jeho výpadek způsobí nefunkčnost jednotlivých směrovačů. Existence route serveru je zároveň jednou z výhod, obzvlášť z důvodu nulové režie na aktualizační informace a snadné systémové zprávy.
2. Izolované směrování
Izolované směrování je založeno na principu samostatného rozhodování jednotlivých směrovačů. Jako příklad izolovaného směrování lze uvést záplavový algoritmus a algoritmus horkého bramboru.
O záplavovém algoritmus vypovídá již jeho název - jeho podstatou je rozeslání paketu směrovačem všemi směry kromě toho, odkud přišel, tedy obrazně řečeno "záplava". Jsou nalezeny všechny cesty pro přenos, data jsou tedy doručena v minimálním možném čase, ale je způsobena vysoká zátěž sítě. Tento algoritmus je oblíbený v armádních sítích, jedná se o velmi jednoduchý a velmi odolný princip.
Algoritmus horké brambory se používá příležitostně z důvodu rozložení zátěže v případě zahlcení. Provoz je zrychlen a zefektněn tím, že paket je vždy odeslán směrem, který je nejméně vytížený.
3. Distribuované směrování
Distribuované směrování je v praxi nejčastější. Nevyužívá centrálního prvku, ale rozhodování je distribuováno mezi jednotlivé uzly, které vzájemně spolupracují.