Какво е рутер и как работи?

Забелязали ли сте, че скоростта на вашия интернет се увеличава, когато сте свързани към Wi-Fi, за разлика от нас, използвайки обикновената 4G мрежа(4G network) ? Е, трябва да благодарите на Wi-Fi рутера за това, той прави нашето сърфиране безпроблемно. В зависимост от това в коя държава живеете, разликата в скоростта може да бъде два пъти, ако не и повече. Живеем във време, в което скоростта на интернет се е увеличила толкова много, че сега измерваме скоростта на интернет в гигабити(Gigabits) , за разлика от килобити само преди няколко години. За нас е естествено да очакваме подобрения в нашите безжични устройства, както и с навлизането на нови вълнуващи технологии, които се появяват на пазара на безжични мрежи.

Какво е рутер и как работи?

Какво е Wi-Fi рутер?

С прости думи, Wi-Fi рутерът не е нищо друго освен малка кутия с къси антени, която помага за предаването на интернет във вашия дом или офис.

Рутерът е хардуерно устройство, което действа като мост между модема и компютъра. Както подсказва името, той насочва трафика между устройствата, които използвате, и интернет. Изборът на правилния тип рутер играе важна роля при определянето на най-бързото интернет изживяване, защитата от кибер заплахи, защитни стени и т.н.

Напълно добре е, ако нямате технически познания за това как работи рутерът. Нека разберем от прост пример как работи рутерът.

Може да имате голямо разнообразие от устройства като смартфони, лаптопи, таблети, принтери, смарт телевизори(TVs) и много други, които се свързват с интернет. Тези устройства заедно образуват мрежа, която се нарича  локална мрежа (Local Area Network) (LAN). Наличието на повече и повече устройства в LAN води до потребление на различни честотни връзки на различни използвани устройства, което може да доведе до забавяне или прекъсване на интернет на някои устройства.

Тук се намесва рутерът, като дава възможност за безпроблемно предаване на информация през тези устройства, като насочва входящия и изходящия трафик по възможно най-ефективния начин. 

Една от основните функции на рутера е да действа като  хъб или превключвател (Hub or Switch ) между компютри, позволявайки безпроблемно усвояване на данни и трансфер между тях.

За да обработва всички тези огромни количества входящи и изходящи данни, рутерът трябва да бъде интелигентен и следователно рутерът е компютър по свой собствен начин, тъй като има  процесор и памет, (CPU & Memory, ) които помагат да се справят с входящите и изходящите данни.

Типичният рутер изпълнява различни сложни функции като

  1. Осигуряване на най-високо ниво на сигурност от защитната стена
  2. Прехвърляне на данни(Data) между компютри или мрежови устройства, които използват една и съща интернет връзка
  3. Активирайте използването на интернет на няколко устройства едновременно

Какви са предимствата на рутера?(What are the benefits of a Router?)

1. Доставя по-бързи wifi сигнали(1. Delivers faster wifi signals)

Съвременните Wi-Fi рутери използват устройства от слой 3, които обикновено имат обхват от 2,4 GHz до 5 GHz , което помага за осигуряване на по-бързи Wi-Fi сигнали и разширен обхват от предишните стандарти.

2. Надеждност(2. Reliability)

Рутерът изолира засегната мрежа и предава данните през други мрежи, които работят перфектно, което го прави надежден източник.

3. Преносимост(3. Portability)

Безжичният рутер елиминира необходимостта от кабелна връзка с устройствата чрез изпращане на Wi-Fi сигнали, като по този начин гарантира най-висока степен на преносимост на мрежа от свързани устройства.

Има два различни типа рутери:

а) Кабелен рутер:(a) Wired router:) Свързва се директно към компютрите с помощта на кабели през специален порт, който позволява на рутера да разпространява информация

б) Безжичен рутер:(b) Wireless Router:) Това е модерен рутер, който разпространява информация чрез антени безжично между множество устройства, свързани към неговата локална мрежа.

За да разберем работата на рутера, първо трябва да разгледаме компонентите. Основните компоненти на рутера включват:

  • CPU:  Това е основният контролер на рутера, който изпълнява командите на операционната система на рутера. Той също така помага при инициализиране на системата, контрол на мрежовия интерфейс и др.
  • ROM:  Паметта само за четене съдържа тази програма за стартиране и диагностични програми при включване ( (Power)POST )
  • RAM:  Паметта с произволен достъп съхранява таблиците за маршрутизиране и работещите конфигурационни файлове. Съдържанието на RAM паметта(RAM) се изтрива при включване и изключване на рутера.
  • NVRAM:  Енергонезависимата RAM памет(RAM) съхранява конфигурационния файл за стартиране. За разлика от RAM , той съхранява съдържанието дори след включване и изключване на рутера
  • Флаш памет:(Flash Memory:)  Съхранява изображенията на операционната система и работи като препрограмируем ROM.
  • Мрежови интерфейси:(Network Interfaces:)  Интерфейсите са физическите портове за свързване, които позволяват различни видове кабели да бъдат свързани към рутера като Ethernet, интерфейс за разпределени влакна данни(Fiber distributed Data interface) ( FDDI ), цифрова мрежа с интегрирани услуги ( ISDN ) и др.
  • Шини:(Buses:)  Шината действа като мост за комуникация между процесора(CPU) и интерфейса, което помага при прехвърлянето на пакети данни.

Какви са функциите на рутера?(What are the functions of a Router?)

Маршрутизиране(Routing )

Една от основните функции на рутера е да препраща пакетите с данни през маршрута, посочен в таблицата за маршрутизиране.

Той използва определени вътрешни предварително конфигурирани директиви, които се наричат ​​като статични маршрути за препращане на данни между входящи и изходящи интерфейсни връзки.

Рутерът може също да използва динамично маршрутизиране, при което препраща пакетите с данни по различни маршрути въз основа на условията в системата.

Статичното маршрутизиране осигурява по-голяма сигурност на системата в сравнение с динамичното, тъй като таблицата за маршрутизиране не се променя, освен ако потребителят не я промени ръчно.

Препоръчително: (Recommended:) Коригирайте безжичния рутер, който продължава да се прекъсва или отпада(Fix Wireless Router Keeps Disconnecting Or Dropping)

Определяне на пътя(Path determination)

Рутерите вземат предвид множество алтернативи за достигане до една и съща дестинация. Това се нарича определяне на пътя. Двата основни фактора, които се вземат предвид при определяне на пътя са:

  • Източникът на информация или таблицата за маршрутизиране
  • Цената за преминаване на всеки път – метрична

За да определи оптималния път, рутерът търси в таблицата за маршрутизация мрежов адрес, който напълно съвпада с IP адреса на целевия пакет.

Маршрутни таблици(Routing tables )

Таблицата за маршрутизиране има слой за мрежово разузнаване, който насочва рутера да препраща пакети с данни до местоназначението. Той съдържа мрежовите асоциации, които помагат на рутера да достигне IP адреса на местоназначението по най-добрия възможен начин. Таблицата за маршрутизиране съдържа следната информация:

  1. Мрежов идентификатор(Network Id) – IP адресът на местоназначението
  2. Метрика(Metric) – пътят, по който трябва да бъде изпратен пакетът с данни.
  3. Hop – е шлюзът, през който трябва да бъдат изпратени пакетите с данни за достигане до крайната дестинация.

Сигурност(Security )

Рутерът осигурява допълнителен слой сигурност на мрежата, използвайки защитна стена, която предотвратява всякакъв вид киберпрестъпления или хакване. Защитната стена е специализиран софтуер, който анализира входящите данни от пакетите и защитава мрежата от кибератаки.

Рутерите също така предоставят виртуална частна мрежа (VPN)(Virtual Private Network (VPN)) , която осигурява допълнителен слой за сигурност към мрежата и по този начин генерира сигурна връзка.

Таблица за препращане(Forwarding table )

Препращането е действителният процес на предаване на пакети данни през слоеве. Таблицата за маршрутизиране помага да се избере най-добрият възможен маршрут, докато таблицата за пренасочване въвежда маршрута в действие.

Как работи маршрутизирането?(How does Routing work?)

  1. Рутерът чете IP адреса на местоназначението на входящия пакет данни
  2. Въз основа на този входящи пакет данни той избира подходящия път, използвайки таблици за маршрутизиране.
  3. След това пакетите с данни се препращат до крайния IP адрес на местоназначение чрез хопове, като се използва таблицата за пренасочване.

С прости думи, маршрутизирането е процесът на предаване на пакети данни от дестинация А до дестинация Б, като се използва необходимата информация по оптимален начин.

Превключете(Switch)

Превключвателят играе много важна роля при споделянето на информация между устройства, които са свързани помежду си. Превключвателите обикновено се използват за по-големи мрежи, където всички устройства, свързани заедно, образуват локална мрежа(Local Area Network) ( LAN ). За разлика от рутера, комутаторът изпраща пакети данни само до конкретно устройство, конфигурирано от потребителя.

Какви са функциите на рутера

Можем да разберем повече с малък пример:(We can understand more with a small example : )

Да приемем, че искате да изпратите снимка на приятеля си в WhatsApp . Веднага след като публикувате снимката на вашия приятел, IP адресът на източника и дестинацията се определят и снимката се разбива на малки битове, наречени пакети данни, които трябва да бъдат изпратени до крайната дестинация.

Рутерът помага да се намери оптималния начин за прехвърляне на тези пакети данни до IP адреса на местоназначението с помощта на алгоритми за маршрутизиране и пренасочване и управление на трафика в мрежата. Ако един маршрут е задръстен, рутерът намира всички възможни алтернативни маршрути за доставяне на пакетите до IP адреса на местоназначението.

Wi-Fi рутери(Wi-Fi Routers)

Днес сме заобиколени от повече точки за достъп до Wi-Fi, отколкото когато и да било в историята, като всички те се напрягат да обслужват все повече и повече устройства, жадни за данни.

Има толкова много Wi-Fi сигнали, силни и слаби, че ако имахме специален начин да го видим, щеше да има много замърсяване на въздушното пространство наоколо.

Сега, когато навлизаме в зони с висока плътност и голямо търсене, като летища, кафенета, събития и т.н., концентрацията на множество потребители с безжични устройства се увеличава. Колкото повече хора се опитват да влязат онлайн, толкова повече напрежение преминава точката за достъп, за да обслужи огромното нарастване на търсенето. Това намалява честотната лента, достъпна за всеки потребител, и значително намалява скоростта, което води до проблеми със закъснението.

Семейството Wi-Fi 802.11(802.11 family of Wi-Fi) датира от 1997 г. и всяка актуализация на подобренията в производителността на Wi-Fi оттогава е направена в три области, която е била използвана и като показател за проследяване на подобрението и те са

  • модулация
  • пространствени потоци
  • свързване на канали

Модулацията(The modulation)  е процесът на оформяне на аналогова вълна за предаване на данни, точно като всяка аудио мелодия, която се движи нагоре и надолу, докато достигне до нашите уши (приемник). Тази конкретна вълна се определя от честота, при която амплитудата и фазата се променят, за да покажат уникални битове информация за целта. Така че, по-силна е честотата, толкова по-добра е свързаността, но точно като звука, можем да направим толкова много, за да увеличим силата на звука, ако има смущения от други звуци, в нашия случай са радиосигнали, качеството страда.

Пространствените потоци (Spatial Streams ) са като множество водни потоци, излизащи от един и същ речен източник. Източникът на реката може да е доста силен, но един единствен поток не е в състояние да носи толкова голямо количество вода, така че се разделя на множество потоци, за да достигне крайната цел да се срещне в общия резерват.

Wi-Fi прави това, използвайки множество антени, където множество потоци от данни взаимодействат с целевото устройство едновременно, това е известно като MIMO (Multiple Input – Multiple Output)

Когато това взаимодействие се осъществява между множество цели, то е известно като Multi-User ( MU-MIMO ), но тук е уловката, „целта трябва да е достатъчно далеч една от друга“.

Във всеки един момент мрежата работи на един канал,  свързването(Channel Bonding) на канали  не е нищо друго освен комбиниране на по-малки подразделения на определена честота, за да се увеличи силата между целевите устройства. Безжичният спектър(Spectrum) е много ограничен до специфични честоти и канали. За съжаление, повечето устройства работят на една и съща честота, така че дори и да увеличим свързването на канала, ще има други външни смущения, които биха влошили качеството на сигнала.

Прочетете също: (Also Read:) Как да намеря IP адреса на моя рутер?(How to Find My Router’s IP Address?)

Какво е различното при Wi-Fi 6 спрямо предшественика си?(What is different about Wi-Fi 6 over its predecessor?)

Накратко, е подобрен по отношение на скоростта, надеждността, стабилността, броя на връзките и енергийната ефективност.

Ако се задълбочим в него, започваме да забелязваме какво прави Wi-Fi 6 толкова гъвкав е  добавянето на 4-ти показател за ефективност на ефирното време(addition of 4th metric Airtime Efficiency) . През цялото това време не успяхме да отчетем ограничения ресурс, който е безжичната честота. По този начин устройствата ще запълнят повече канали или честота от необходимото и ще бъдат свързани много по-дълго, отколкото е необходимо, с прости думи, много неефективна бъркотия.

Протоколът Wi-Fi 6 (802.11 ax) адресира този проблем с  OFDMA (множествен достъп с ортогонално честотно разделяне)(OFDMA (Orthogonal frequency-division multiple access))  , където предаването на данни е оптимизирано и комбинирано, за да се използва само необходимото количество ресурс, поискан. Това се присвоява и контролира от точката за достъп(Access Point) , за да достави целевото заявено полезно натоварване и използва MU-MIMO за връзка надолу(Downlink) и за връзка нагоре (Uplink) (многопотребителски, множество входове, множество изходи)(MU-MIMO (multi-user, multiple inputs, multiple outputs)) за повишаване на ефективността на трансфера на данни между устройствата. Използвайки OFDMA , Wi-Fi устройствата могат да изпращат и получават пакети данни в локалната мрежа с по-високи скорости и в същото време паралелно.

Паралелният трансфер на данни подобрява преносимостта на данни в мрежата по изключително ефективен начин, без да причинява спад в съществуващите скорости на връзката надолу.

Какво ще се случи със старите ми WI-FI устройства?(What will happen to my old WI-FI devices?)

Това е нов стандарт за Wi-Fi , определен от Международния (International) Wi-Fi алианс(Alliance) през септември 2019(September 2019) г. Wi-Fi 6 е обратно съвместим, но има някои козметични промени.

Всяка мрежа, към която се свързваме, работи с различна скорост, латентност и честотна лента, обозначени с определена буква след 802.11, като 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n и 802.11ac(802.11, such as 802.11b, 802.11a, 802.11g, 802.11n and 802.11ac) , което е озадачило дори най-добрите от нас.

Цялото това объркване беше прекратено с Wi-Fi 6 и Wi-Fi алиансът промени конвенцията за именуване с тази. Всяка версия на Wi-Fi(Wi-Fi) преди това ще бъде номерирана между Wi-Fi 1-5 за по-лесно изразяване.

Заключение(Conclusion)

Доброто разбиране на работата на рутера ни помага да се ориентираме и решаваме различни проблеми, с които може да се сблъскаме с нашите рутери, както и с Wi-Fi рутери. Поставихме голям акцент върху Wi-Fi 6 , тъй като това е нова нововъзникваща безжична технология, с която трябва да сме в крак. Wi-Fi е на път да наруши не само комуникационните ни устройства, но и ежедневните ни предмети като хладилници, перални, коли и т.н. Но, без значение колко се променя технологията, обсъжданите основи, като маршрутизиране, маршрутизиране таблици, пренасочване, комутатори, концентратори и т.н. все още са критичната движеща основна идея зад вълнуващите разработки, които са на път да променят живота ни изцяло за добро.



About the author

Аз съм хардуерен инженер с над 10 години опит в работата с IOS и MacOS системи. Освен това бях учител във вечерен клас през последните 5 години и се научих да използвам Google Chrome. Уменията ми и в двете области ме правят перфектния кандидат за разработка на уебсайтове, графичен дизайн или работа по уеб сигурност.



Related posts