Warum wird ein Router benötigt?

Ich denke, Router dienen im Allgemeinen als Zugangspunkt, DHCP, Firewall und Switch als einfache Lösung für Leute, die nicht viel über Netzwerk wissen

Nein, Router sind eine von APs und Switches getrennte Art von Gerät. "Router" ist nicht nur ein allgemeiner Name, sondern beschreibt eine bestimmte Funktion, die IP-Pakete zwischen Netzwerken leitet.

Mit anderen Worten, Sie beschreiben eine Kombination aus Router + Switch + AP, die besser als "SOHO-Router (Small Office / Home Office)" oder "Home Gateway" bezeichnet werden kann.

(Viele dedizierte Router verfügen jedoch über eine integrierte Firewall und manchmal sogar einen DHCP-Server.)

Ich würde gerne wissen, warum Router im Allgemeinen benötigt werden

IP-Routing ist erforderlich, da reines Switching auf Ethernet-Ebene nicht gut skalierbar ist.

Ethernet-Geräteadressen werden vom Hersteller vergeben - es gibt keine nützliche Struktur darin. Sie sind zufällig, was das Netzwerk angeht. Ein Ethernet-Switch hat also nur zwei Möglichkeiten: Behalten Sie eine Liste mit jedem einzelnen Gerät, das an jeden Port angeschlossen ist (wie moderne Switches), oder übertragen Sie einfach jedes Paket an jeden Port (wie im ursprünglichen Ethernet).

Beide Methoden funktionieren nur bis zu einer bestimmten Netzwerkgröße. Wenn jedoch mehr Geräte vorhanden sind, als sich ein Switch merken kann, wird das Netzwerk schnell zum Erliegen kommen. (Verwandte Themen: CAM Erschöpfung)

Ähnlich wie bei Postleitzahlen oder Telefonnummern gibt IP dem Netzwerk also eine Struktur - jedes Netzwerk, Subnetzwerk, Supernetzwerk wird mit einem Adressblock belegt, und Sie können Routen wie "Adressen, die mit [10.7.xx] beginnen" beschreiben über [Anschluss 3] erreichbar sein ". Jetzt muss der Rest der Welt nicht über Millionen von Comcast-Kunden Bescheid wissen, er benötigt nur wenige Wege in Richtung Comcast.

IP- Router verfügen über das Wissen über diese Routen und leiten alle Pakete entsprechend weiter.

(Diese Trennung zwischen Ethernet und IP ist tatsächlich nützlich, weil sie Flexibilität bietet. Das gleiche Ethernet kann mehrere verschiedene Protokolle tragen, z. B. IPv4, IPv6, möglicherweise IPX ...). Einige andere Protokolle hatten keine solche Trennung, z. B. DECnet oder NetBIOS. und sie konnten das Netzwerkwachstum nicht überleben.)

Ist es möglich zu gehen: Modem -> Switch -> PCs mit statischen IPs

Klar, technisch ist es möglich. Statische IPs sind nicht einmal erforderlich.

In der Tat haben bei einem ISP neben meinem Arbeitsplatz rund 20 Geschäftskunden in der Stadt keine eigenen Router - ihre "externen" Switches sind direkt mit einem einzigen Router im Gebäude des ISP verbunden (der sogar DHCP für alle anbietet) sie), so wie Sie es beschreiben.

Es gibt jedoch Gründe, warum dies normalerweise nicht so ist. (Einige von ihnen stammen zwar aus dem Mangel an IPv4-Adressen - wie zum Beispiel NAT. Aber viele wären auch in einer reinen IPv6-Welt noch wichtig.)

• Wie es ist jetzt, die ISP - Routen eine einzige „global“ IP - Adresse zu Ihrem Netzwerk. Natürlich können Sie Ihren PC direkt an das Modem anschließen und es mit Ihrer "globalen" Adresse konfigurieren. (Die Wahrscheinlichkeit ist, dass es sogar per DHCP automatisch konfiguriert wird.)

  Tatsächlich war dies bis Ende des Jahres 2000 eine sehr verbreitete Konfiguration. Die meisten Privatkunden hatten nur einen Computer, und dieser Computer sprach oft direkt über das Modem mit den Routern des Internetdienstanbieters - zuerst über ein Modem und später über ein ADSL-Modem.

  Jedes Gerät benötigt jedoch eine eigene Adresse. Da Sie von Ihrem Internetdienstanbieter nur eine IPv4-Adresse erhalten, können Sie direkt einen Computer anschließen, aber nicht zwei - sofern Sie nicht die zweite Adresse zusätzlich bezahlen.

  Aus diesem Grund verfügt Ihr Heimrouter über eine "Network Address Translation" -Funktion (NAT), die Ihnen einen Block "privater" 192.168.x-Adressen gibt und hinter einem einzigen "globalen" verbirgt.

  (CGNAT ist auch erwähnenswert, aber die Forschung bleibt dem Leser überlassen.)

• Neben NAT verfügt Ihr "Router" auch über andere Funktionen wie eine Firewall, einen DHCP-Server und einen DNS-Cache. Ja, all dies könnte von den Routern des ISP erledigt werden, aber dies würde den ISP einiges kosten und würde alle Kunden unbequem machen, ohne irgendeinen von ihnen Vorteile zu bringen.

  Die Firewall müsste über die von Ihrem Internetdienstanbieter bereitgestellte Schnittstelle konfiguriert werden, und die meisten Internetdienstanbieter bieten nur ein Minimum an Optionen. (Bei der Konfiguration meines eigenen Routers habe ich volle Kontrolle - ich kann Firewall-Regeln auf ungewöhnliche Protokolle anwenden; ich kann mehrere Subnetze erstellen; ich kann mit IPv6-Tunneln oder RIP oder OSPF experimentieren.)

  Sowohl die Firewall als auch das NAT benötigen Ressourcen zum Nachverfolgen von Verbindungen - etwas Arbeitsspeicher, etwas CPU-Leistung. Derzeit sind diese Ressourcen verteilt, da Ihr Router nur Ihre eigenen Verbindungen verfolgen muss. Wenn jedoch alles vom ISP erledigt würde, würden ihre Router genauso viel Speicher und CPU benötigen wie alle Router der Kunden zusammen, was teuer ist.

  Der DHCP-Server funktioniert viel besser, wenn er auf Ihrer Seite ist. Selbst wenn das Internetkabel unterbrochen wird, können Ihre eigenen Geräte immer noch IP-Adressen erhalten und lokal kommunizieren. (Ja, ja, statische Adressen sind möglich, aber glauben Sie mir, es ist ein Nervenkitzel, den Sie nachverfolgen können .)

  Der DNS-Cache funktioniert, weil er bei Ihnen zu Hause ist. Ihr Internetdienstanbieter verfügt ohnehin über einen eigenen DNS-Cache. Ihr Router verfügt jedoch weiterhin über einen eigenen kleinen Cache. Dies liegt daran, dass er näher bei Ihnen ist, weniger Geräte bedient und daher viel schneller antworten kann. (Langsames DNS ist sehr auffällig.)

Die Gründe für einen eigenen Heimrouter sind daher: 1) schneller, 2) billiger; 3) sowohl für Sie als auch für den ISP ist es einfacher.

(Der ISP, den ich zuvor beschrieben habe? Ich weiß nicht, warum sie das tun. Vielleicht ist es anders, wenn Sie nur ein Dutzend Kunden haben, als wenn Sie viele Tausende haben.)

Ein Heimmodem gibt Ihnen normalerweise nur eine IP-Adresse. Der Router führt NAPT (Network Address Port Translation) aus, sodass Sie mehrere private IP-Adressen in Ihrem Netzwerk haben können.

Wenn Sie von Ihrem ISP mehrere IP-Adressen erhalten, können Sie möglicherweise auf einen Router auf Ihrer Seite verzichten.

Bei Ihnen zu Hause haben Sie wahrscheinlich nur einen einzigen Weg, um über ein von Ihrem Internetdienstanbieter (ISP) bereitgestelltes Gerät ins Internet zu gelangen. Der ISP benötigt einen RouterAm anderen Ende der Verbindung steht Ihnen jedoch eine Verbindung zu Ihrem System zur Verfügung. Muss es zu einem der Webserver des ISP gehen, zu einem anderen Kundensystem, oder zu einem Google- oder Microsoft-Server oder die IP-Adresse Ihres Ziels verweist auf ein System in Norwegen usw. Der ISP hat Router, die mehrere Verbindungen haben. Es könnte einen Router mit einem Stromkreis haben, der an ein Netzwerk in Europa angeschlossen ist, einen, der an ein Netzwerk in Südamerika angeschlossen ist usw. Am anderen Ende dieser Stromkreise befinden sich andere Router, die wahrscheinlich mehrere eigene Verbindungen haben. Woher weiß der Router Ihres Internetanbieters, an welchen Router er Ihre Daten weiterleiten soll? Es hat ein RoutingTabelle, die angibt, welcher andere Router der nächste "Hop" ist, an den er Ihre Daten senden soll. Es kennt nicht alle intervenierenden Router von Ihrem System zur Zieladresse, da es nicht den vollständigen Pfad von Ihrem System zum Zielsystem kennt. Nur welcher ist der beste Weg, um Ihre Daten entlang des Pfads zu verschieben zum Ziel. Der nächste Router sucht in seiner eigenen Routing-Tabelle, um zu entscheiden, wohin er Ihre Daten senden soll. Es ist denkbar, dass Ihre Daten möglicherweise über mehrere Verbindungen gesendet werden. es wird auf der Grundlage einer " Routing-Metrik " entscheiden, welches verwendet werden soll". Die Verbindung mit der niedrigsten Routing-Metrik wird ausgewählt. Wenn diese Verbindung jedoch ausfällt oder überlastet ist, kann sie anhand ihrer Routing-Metriken die nächstbeste Verbindung auswählen. Die Router Ihres ISP müssen nicht immer in Verbindung stehen Bei jedem anderen Router im Internet müssen sie lediglich wissen, welcher der nächsthöchste Netzwerk- Hops zum Zeitpunkt des Datenempfangs ist. Er kann sich darauf verlassen, dass der nächste Router ähnliche Entscheidungen trifft und alle anderen Router im Pfad zu mache es genauso.

Durch Verwendung von Routingtabellen zur Auswahl des nächsten Hops, wenn Ihre Daten normalerweise über einen Router in Frankreich zu einem Ziel in Norwegen gelangen, selbst wenn kein Pfad mehr durch Frankreich oder einen anderen Router auf dem Weg vorhanden ist, der mit dem Internet verbunden ist Ein Router in Frankreich würde den Ausfall erkennen und Ihre Daten auf einen anderen Weg umleiten, z. B. durch Deutschland. Das Internet ist ein Auswuchs von ARPANET ; Eine der Anforderungen an ARPANet bestand darin, dass es widerstandsfähig ist und den Ausfall bestimmter Geräte im Netzwerk durch Routing um die ausgefallenen Geräte tolerieren kann. In den Tagen von ARPANET wurden die Vorläufer heutiger Router als Interface Message Processor (IMP) bezeichnet .

In Bezug auf Ihr Heimnetzwerk ist es möglich, eine direkte Verbindung von einem Gerät zu Hause herzustellen, das kein Router ist. Wenn Sie das Internet zurück in den Tagen wurden unter Verwendung von DFÜ- Modem würden Sie nicht einen Router zu Hause gewesen. Ihr Computer hätte sich stattdessen in ein Gerät des Internetdienstanbieters einwählen lassen. Einige Unternehmen und Organisationen verwenden immer noch ISDN, das auf ähnliche Weise wie die alten DFÜ-Modems arbeitet. Möglicherweise verfügen sie jedoch über einen ISDN-Router, wenn sie über mehrere Systeme verfügen, die die ISDN-Verbindung gemeinsam nutzen müssen.

Und selbst in den Tagen, als DFÜ-Netzwerke von fast allen Heimanwendern und kleinen Unternehmen zum Zugriff auf das Internet verwendet wurden, wenn ein Privatanwender oder ein kleines Unternehmen über eine begrenzte Anzahl von Telefonanschlüssen verfügte, aber einen Internetzugang für mehrere Computer benötigte, Eine verfügbare Lösung bestand darin, einen PC mit einem Wählmodem so zu konfigurieren, dass er als Router für alle anderen Computer im lokalen Netzwerk zu Hause oder im Unternehmen fungiert. Ich erinnere mich an die Installation eines Routers mit einem 56-KBit / s-Modem, um mehreren Computern in einem kleinen Unternehmen den DFÜ-Zugang zum Internet zu ermöglichen.

Heutzutage wird erwartet, dass sowohl drahtgebundene als auch drahtlose Verbindungen zu Hause verfügbar sind, die alle gleichzeitig eine Verbindung zum ISP herstellen können. Da die IPv4-Adressen (Internet Protocol Version 4) begrenzt sind, erhalten die meisten Heimanwender nur eine öffentliche IP-Adresse Sie benötigen ein Gerät, das Netzwerkadressenübersetzung zwischen dieser einen öffentlichen IP-Adresse und den mehreren privaten IP-Adressen durchführen kann, die sie für ihre eigenen Systeme verwenden werden. Und sie wollen kontrollieren können, wer von außen Zugang zu ihren internen Systemen hat. Dafür benötigen Sie Ihren Router oder eine Firewall. Die meisten Heimrouter verfügen mindestens über einige eingeschränkte Firewall-Funktionen.

Technisch gesehen könnte der ISP die Funktion für Sie erledigen, aber dieser Ansatz wäre für Tausende oder vielleicht sogar Millionen von Kunden nicht gut skalierbar. Wenn Sie beispielsweise über einen eigenen Router verfügen, können Sie die private IP-Adresse 192.168.0.5 für eines Ihrer Systeme verwenden. Dies gilt auch für tausend andere Kunden des ISP. Der ISP muss nicht sicherstellen, dass bei Verwendung eines privaten IP-Adressraums unterschiedliche Kunden nicht dieselben Adressen auswählen. Die Ausrüstung des ISP außerhalb Ihres Hauses muss sich nur mit der IP-Adresse befassen, die Sie vom ISP erhalten haben. Wenn Sie eine eingehende Verbindung von Port 5000 zu einem Ihrer Systeme zulassen möchten, können Sie dies selbst verwalten. Sie müssen nicht die technische Supportabteilung des ISP anrufen, was die Support-Mitarbeiter des ISP zusätzlich belasten würde.

Ich nehme an, du brauchst es nicht

Sie können ein Modem nehmen und einen Switch anschließen und die öffentliche IP-Adresse verwenden, die der ISP bereitstellt.

Oder Sie können ein Router-Modem verwenden und den Router ausschalten, indem Sie ihn im Bridge-Modus schalten (eine Bridge ist im Grunde ein Switch, aber mit einigen seltsamen willkürlichen Unterschieden, die die Leute manchmal machen *), und verwenden Sie die öffentliche IP-Adresse Ihres ISP

Außerhalb Ihres Hauses müssen sie Router verwenden, da Switches nicht mit einem hierarchischen Adressierungssystem wie IPs arbeiten. Eine Entscheidung wie ein Switch, der nur mit einem flachen Adressierungsschema umgehen kann, ist für eine große Anzahl von Geräten zu langsam.

Stellen Sie sich vor, wenn jeder Mensch auf der Welt eine eindeutige Nummer hätte, die Zahlen jedoch nicht gruppiert waren, müssten Sie die gesamte Nummer der Person in der Liste nachschlagen, um herauszufinden, welches Loch / Buchse / Port / Richtung / Winkel, an den die Daten gesendet werden sollen. Wenn Sie jedoch sofort sehen könnten, dass sie sich in Tokio befinden, beginnt ihre IP-Adresse mit bla bla bla, und jeder in Tokyo / dessen IP-Adresse mit bla bla bla beginnt, hat Daten dieses Loch / Buchse / Port / Richtung / Winkel ausgesendet dann ist es schneller, es zu ihnen zu bekommen.

Aber zurück zu Ihrem persönlichen Fall, Ihrem Zuhause.

Sie benötigen keinen DHCP-Server auf Ihrem Gerät, da die IP vom ISP (über DHCP) stammen kann. Also ist ein Schalter dafür gut.

Sie benötigen NAPT nicht, wenn Sie nur ein Gerät haben. Ein einfacher alter Schalter ist in Ordnung.

Es ist nicht unbedingt so sicher (es sei denn, Sie sichern es selbst), und Sie können nur ein Gerät anschließen, wenn der ISP Ihnen nicht mehrere IPs gibt. Aber du kannst es / es kann gemacht werden.

Ein Punkt bezüglich der Terminologie. Das Gerät, das Sie einen Router nennen, ist eine Box. Es funktioniert. Routing, DHCP, NAPT, einige haben auch ein Modem. Sie können DHCP und NAT auf einer Box deaktivieren und normales Routing durchführen. Und in die Box ist auch ein Schalter eingebaut. Sie können es daher in den Bridge-Modus versetzen, indem Sie den Router ausschalten.

- * funktionell ist eine Brücke ein Switch. Ein paar Unterscheidungsmerkmale machen manchmal, ein Switch sollte mehrere Ports haben. Eine Bridge ist für Netzwerke, die sich auf unterschiedlichen Medien befinden. Vielleicht sagen manche, die Chips in einem Switch seien schneller. Aber funktional schalten sie / überbrücken sie (dasselbe), verwenden eine MAC-Adresstabelle (oder vielleicht ein anderes "Layer-2" -Protokoll) und MAC-Adressen sind ein flaches Adressschema, was wohl alles auf "Layer-2" ist.

Das Internet ist nicht nur ein Protokoll, sondern eine Reihe von Protokollen, die sich aufeinander stapeln . Diese Protokolle sind in Schichten organisiert, und jedes Protokoll erledigt eine bestimmte Netzwerkaufgabe.

Für diese Frage sind zwei der Schichten von Interesse: die Verbindungsschicht und die Netzwerkschicht (manchmal als Internetschicht bezeichnet, beachten Sie jedoch das Kleinbuchstabe i ; dies ist nicht das gleiche wie das breitere Internet).

Die Verbindungsebene verarbeitet ein Signal zwischen zwei direkt miteinander verbundenen Maschinen . Wi-Fi ist ein Protokoll, das ebenso wie Ethernet in der Verbindungsschicht lebt. Es gibt andere, aber Sie verwenden wahrscheinlich eine dieser beiden (oder vielleicht auch beide) zu Hause.

Die Netzwerkschicht verarbeitet ein Signal zwischen zwei Computern, die nicht direkt miteinander verbunden sind, wobei eine Kette von Computern verwendet wird . Es befindet sich in einer separaten Ebene, so dass es nicht wissen muss, wie die verschiedenen Maschinen miteinander verbunden sind. Sie können Maschinen in der Kette haben, die über Ethernet oder Wi-Fi, Fibre Channel oder PPP oder sogar exotischere Protokolle miteinander verbunden sind, und alle funktionieren trotzdem auf dieselbe Weise.

Router sind die Brücke zwischen der Verbindungsschicht und der Netzwerkschicht . Ihr Router ist direkt mit den Computern bei Ihnen zu Hause verbunden (wahrscheinlich über Ethernet, Wi-Fi oder einer Kombination aus beiden) und auch mit einem Computer bei Ihrem ISP (es gibt viele verschiedene Möglichkeiten). Keiner dieser Rechner ist jedoch direkt miteinander verbunden, sondern nur indirekt über den Router. Der Router bildet also die wichtige Verbindung zwischen Ihren Heimcomputern und dem weiteren Internet. Selbst wenn Ihr Router die IP-Adressen Ihrer Heimcomputer nicht entscheidet, müssen Sie dennoch eine Verbindung zwischen ihnen herstellen. Dies ist auch die Aufgabe des Routers .

Für die einfachste mögliche Antwort:

Jedes Gerät in einem Netzwerk kann über einen Switch mit anderen Geräten im selben Subnetz kommunizieren. Um jedoch mit einem Gerät in einem anderen Subnetz kommunizieren zu können, ist ein Router erforderlich. Switches übertragen keine Pakete über Subnetze.