Router thực hiện những chức năng gì trong mạng máy tính?

Trong mạng gia đình, router thường nằm giữa mạng nội bộ và Internet. Trong mạng doanh nghiệp, router có thể kết nối nhiều subnet, VLAN hoặc các mạng ở những vị trí khác nhau

Router là gì và router kết nối những mạng nào?

Router thuộc nhóm thiết bị mạng có chức năng kết nối từ hai mạng logic trở lên. Mỗi giao diện của router có thể gắn với một mạng hoặc subnet khác nhau, nhờ đó router trở thành điểm trung gian để gói tin đi từ mạng nguồn sang mạng đích

Có thể hình dung đơn giản:

Thiết bị A → Mạng A → Router → Mạng B → Thiết bị B

Nếu hai thiết bị nằm trong cùng một mạng cục bộ, dữ liệu có thể được chuyển trực tiếp ở tầng liên kết. Khi đích nằm ở một mạng khác, router đảm nhiệm việc chuyển tiếp gói tin sang mạng tiếp theo

Vì vậy, router khác với máy tính thông thường ở khả năng thực hiện forwarding: nhận gói tin dành cho hệ thống khác, xác định hướng chuyển tiếp và gửi gói tin qua giao diện thích hợp

Router định tuyến và chuyển tiếp gói tin như thế nào?

Quá trình xử lý có thể hiểu theo chuỗi:

Nhận gói tin → Kiểm tra địa chỉ đích → Tra cứu thông tin định tuyến → Chọn next hop/giao diện → Chuyển tiếp gói tin

Router duy trì thông tin về các mạng có thể tiếp cận trong routing table hoặc forwarding table. Khi nhận một gói IP, router sử dụng địa chỉ IP đích để tìm tuyến phù hợp

Nếu đích thuộc một mạng được kết nối trực tiếp, router có thể gửi gói tin trực tiếp qua giao diện tương ứng. Nếu đích nằm ở mạng xa hơn, router xác định router tiếp theo, hay next hop, rồi chuyển gói tin tới đó

Một gói tin có thể đi qua nhiều router trước khi tới đích:

Nguồn → Router 1 → Router 2 → Router 3 → Đích

Mỗi router trung gian chỉ cần xác định bước tiếp theo phù hợp dựa trên thông tin định tuyến mà nó có

RFC 1812 cũng mô tả router phải nhận và chuyển tiếp datagram, lựa chọn next-hop destination dựa trên routing database và xác định giao diện được sử dụng để truyền gói tin

Các chức năng chính của router trong mạng máy tính

Định tuyến giữa các mạng

Đây là chức năng cốt lõi của router. Router xác định tuyến đường có thể sử dụng để đưa gói tin từ mạng này tới mạng khác

Thông tin tuyến có thể được cấu hình tĩnh hoặc được cập nhật thông qua các giao thức định tuyến. Với mạng phức tạp, việc cập nhật thông tin định tuyến giúp router phản ứng với thay đổi của topology và khả năng kết nối

Chuyển tiếp gói tin

Sau khi có quyết định định tuyến, router thực hiện forwarding: đưa gói tin ra giao diện và hướng tiếp theo phù hợp

Định tuyến và chuyển tiếp có liên quan nhưng không hoàn toàn giống nhau:

·         Routing: xác định hoặc xây dựng thông tin về đường đi

·         Forwarding: sử dụng thông tin đó để xử lý từng gói tin cụ thể

Phân biệt hai chức năng này giúp hiểu chính xác vai trò của router thay vì đơn giản hóa router thành thiết bị “gửi dữ liệu”

Kết nối các subnet hoặc mạng khác nhau

Router tạo ranh giới giữa các mạng logic. Nhờ đó, một mạng có thể được chia thành nhiều subnet và router đảm nhiệm việc trao đổi dữ liệu giữa các subnet đó

Cách tổ chức này giúp mạng lớn được phân chia thành những miền địa chỉ và phạm vi quản lý rõ ràng hơn

Xác định next hop và giao diện gửi

Router không nhất thiết biết toàn bộ đường đi của một gói tin tới đích cuối. Trong nhiều trường hợp, nó chỉ cần xác định next hop và giao diện cần sử dụng

Quyết định này dựa trên thông tin trong routing table hoặc forwarding database. Khi có nhiều tuyến phù hợp, thuật toán lựa chọn tuyến sẽ xác định tuyến được sử dụng

Kiểm soát việc chuyển tiếp trong một số cấu hình

Router có thể áp dụng các chính sách liên quan đến việc gói tin nào được phép chuyển tiếp. RFC 1812 mô tả khả năng router kiểm tra địa chỉ và áp dụng các ràng buộc quản trị đối với forwarding

Trong thiết bị mạng thực tế, các khả năng kiểm soát này có thể kết hợp với những cơ chế bảo mật hoặc chính sách mạng tùy nền tảng

Router lựa chọn đường đi dựa trên yếu tố nào?

Khi một gói tin đến router, router không đơn giản chọn một đường bất kỳ. Nó phải đối chiếu địa chỉ đích với các tuyến có trong cơ sở dữ liệu định tuyến

Một nguyên tắc quan trọng là longest-prefix match: trong số các tuyến phù hợp, tuyến có prefix cụ thể hơn cho địa chỉ đích sẽ được ưu tiên theo thuật toán định tuyến IP

Ví dụ, giả sử router có các tuyến:

·         10.0.0.0/8

·         10.10.0.0/16

·         10.10.20.0/24

Với một gói tin có địa chỉ đích 10.10.20.15, tuyến /24 cụ thể hơn hai tuyến còn lại nên là ứng viên phù hợp nhất

Nếu không có tuyến phù hợp, router có thể sử dụng default route nếu cấu hình có tuyến mặc định. Nếu cũng không có đường đi phù hợp, gói tin có thể bị loại bỏ vì đích không thể tiếp cận

Trong mạng sử dụng định tuyến động, router còn có thể trao đổi thông tin với các router khác để xây dựng và cập nhật cơ sở dữ liệu định tuyến

Khi nào router không thể chuyển tiếp gói tin?

Router không phải lúc nào cũng có thể đưa gói tin tới đích. Khả năng chuyển tiếp phụ thuộc vào việc router có thông tin định tuyến hợp lệ và giao diện hoặc next hop cần thiết có khả dụng hay không

Một số trường hợp điển hình gồm:

·         Không có tuyến phù hợp tới mạng đích

·         Không có default route để xử lý đích chưa biết

·         Giao diện hoặc đường liên kết cần thiết bị lỗi hoặc bị vô hiệu hóa

·         Chính sách forwarding không cho phép chuyển tiếp

·         Gói tin không đáp ứng các điều kiện xử lý cần thiết của router

Khi một đường đi bị mất nhưng vẫn còn tuyến thay thế, router có thể chuyển sang tuyến khác nếu thông tin định tuyến cho phép. RFC 1812 quy định rằng khi một giao diện bị lỗi, router phải loại bỏ các tuyến phụ thuộc vào giao diện đó và lựa chọn tuyến thay thế nếu có

Điểm này cho thấy router không chỉ “biết đường đi”, mà còn phải duy trì thông tin đủ để đưa ra quyết định chuyển tiếp phù hợp với trạng thái mạng

Router có vai trò gì trong mạng thực tế?

Trong mạng gia đình, router thường là điểm kết nối giữa mạng LAN và mạng của nhà cung cấp Internet. Một thiết bị router gia đình có thể tích hợp thêm nhiều chức năng như NAT, DHCP hoặc firewall, nhưng các chức năng này không phải bản chất duy nhất của khái niệm router

Trong mạng doanh nghiệp, router thường được sử dụng để kết nối các subnet, chi nhánh hoặc những miền mạng khác nhau. Khi quy mô mạng tăng, việc định tuyến trở nên quan trọng vì dữ liệu không còn chỉ được trao đổi trong một mạng cục bộ duy nhất

Do đó, có thể nhìn vai trò của router theo ba lớp:

1.    Kết nối: tạo khả năng liên lạc giữa các mạng khác nhau

2.    Quyết định: xác định tuyến hoặc next hop phù hợp cho gói tin

3.    Chuyển tiếp: đưa gói tin ra đúng giao diện để tiếp tục hành trình

Hiểu ba lớp này giúp phân biệt router với switch: switch chủ yếu chuyển frame trong phạm vi mạng LAN dựa trên địa chỉ tầng liên kết, còn router thực hiện quyết định và chuyển tiếp ở tầng mạng để kết nối các mạng hoặc subnet khác nhau

Router vì thế là một thành phần nền tảng của mạng máy tính. Chức năng quan trọng nhất của nó là định tuyến và chuyển tiếp gói tin giữa các mạng, dựa trên thông tin về địa chỉ đích, tuyến đường, next hop và giao diện đầu ra. Các chức năng bổ sung trên router thực tế có thể mở rộng đáng kể, nhưng không thay đổi vai trò cốt lõi này