Wiki Routery a switche

Čo je téma

Router (smerovač) a switch (prepínač) patria medzi základné zariadenia počítačových sietí. Na prvý pohľad môžu vyzerať podobne a v domácnostiach sa ich funkcie často nachádzajú dokonca v jednom zariadení. Ich úlohy sú však odlišné.

Switch prepája zariadenia v rámci jednej lokálnej siete (LAN) – napríklad počítače, televízory, tlačiarne, servery alebo prístupové body Wi-Fi.

Router prepája rôzne siete medzi sebou. V domácnosti najčastejšie spája lokálnu sieť používateľa s internetom prostredníctvom siete poskytovateľa internetového pripojenia.

Moderný domáci „Wi-Fi router“ pritom zvyčajne nie je iba router. V jednom zariadení sa často nachádza:

• router,
• Ethernet switch,
• Wi-Fi access point,
• DHCP server,
• firewall,
• NAT,
• DNS forwarder alebo resolver,
• a podľa modelu aj ďalšie sieťové funkcie.

Preto sa v bežnej reči všetko toto zariadenie označuje jednoducho ako router.

Router vs. switch – aký je medzi nimi rozdiel?

Najjednoduchšie sa dá rozdiel vysvetliť takto:

Switch sa pri bežnej prevádzke rozhoduje najmä podľa MAC adries, zatiaľ čo router rozhoduje podľa IP adries a smerovacích tabuliek.

Na čo slúži switch

Switch je zariadenie určené na vzájomné prepájanie sieťových zariadení.

Typický switch môže mať napríklad 5, 8, 16, 24 alebo 48 Ethernetových portov. Do jednotlivých portov možno pripojiť napríklad:

• stolný počítač,
• notebook,
• sieťovú tlačiareň,
• televízor,
• hernú konzolu,
• NAS alebo server,
• Wi-Fi access point,
• kamerový systém,
• ďalší switch.

Switch vytvára medzi pripojenými zariadeniami lokálnu sieť. Ak napríklad počítač posiela dokument na sieťovú tlačiareň, komunikácia môže zostať úplne v rámci LAN a nemusí vôbec prechádzať cez internet.

Ako switch vie, kam dáta poslať?

Switch si vytvára MAC tabuľku, v ktorej si pamätá, ktorá MAC adresa sa nachádza na ktorom porte.

Ak napríklad vie, že počítač s určitou MAC adresou je pripojený na porte 3, pri komunikácii určenú pre toto zariadenie odošle práve na port 3 namiesto toho, aby dáta posielal na všetky porty.

Na čo slúži router

Router spája dve alebo viac rôznych sietí.

V domácej sieti má zvyčajne jednu stranu pripojenú k poskytovateľovi internetu (WAN) a druhú stranu k domácim zariadeniam (LAN).

Príklad:

Internet → WAN → Router → LAN → počítač / TV / switch / Wi-Fi

Router rozhoduje, kam majú IP pakety smerovať. Na tento účel používa smerovaciu tabuľku (routing table).

Router zároveň často zabezpečuje ďalšie funkcie:

• DHCP,
• NAT,
• firewall,
• DNS,
• port forwarding,
• VPN,
• rodičovskú kontrolu,
• QoS,
• VLAN,
• IPv6.

Konkrétna výbava závisí od modelu.

WAN a LAN

Pri routeroch sa často stretnete s označeniami WAN a LAN.

LAN

LAN znamená Local Area Network, teda lokálna sieť.

Do LAN portov sa pripájajú zariadenia v miestnej sieti – napríklad počítač, switch alebo televízor.

WAN

WAN znamená Wide Area Network, teda rozsiahla sieť.

Na domácom routeri je WAN port typicky určený na pripojenie k zariadeniu alebo sieti poskytovateľa internetu.

WAN port však nemusí byť vždy fyzicky odlišný od LAN portov. Pri niektorých zariadeniach možno porty konfigurovať podľa potreby.

Ako prebieha komunikácia v sieti

Keď počítač komunikuje s iným zariadením v rovnakej IP sieti, najskôr zisťuje, kde sa cieľové zariadenie nachádza na linkovej vrstve. Na tento účel sa pri IPv4 používa napríklad ARP.

Switch následne využíva MAC adresy na doručenie Ethernetových rámcov správnemu zariadeniu.

Ak však počítač komunikuje s adresou mimo svojej lokálnej siete, odošle paket na predvolenú bránu (default gateway) – zvyčajne router.

Router následne podľa svojej smerovacej tabuľky rozhodne, kam paket ďalej odošle.

Zjednodušene:

Zariadenie → switch → router → internet

Pri návrate odpovede prebieha komunikácia opačným smerom.

MAC adresa

MAC adresa je hardvérový identifikátor sieťového rozhrania.

Používa sa predovšetkým na komunikáciu v rámci lokálnej siete na linkovej vrstve.

MAC adresa môže vyzerať napríklad takto:

00:1A:2B:3C:4D:5E

Je dôležité rozlišovať medzi MAC adresou a IP adresou.

• MAC adresa identifikuje sieťové rozhranie v rámci linkovej komunikácie.
• IP adresa identifikuje zariadenie alebo rozhranie z pohľadu IP siete.

IP adresa

IP adresa slúži na adresovanie zariadení v IP sieti.

V súčasnosti sa používa najmä:

• IPv4 – napríklad 192.168.1.25
• IPv6 – napríklad 2001:db8::1

V domácich sieťach sa často používajú privátne IPv4 rozsahy, napríklad:

• 10.0.0.0/8
• 172.16.0.0/12
• 192.168.0.0/16

Privátne IP adresy nie sú priamo smerované cez verejný internet.

DHCP – automatické prideľovanie IP adries

Aby používateľ nemusel každému zariadeniu ručne nastavovať IP adresu, router často funguje ako DHCP server.

DHCP môže zariadeniu automaticky prideliť:

• IP adresu,
• masku podsiete,
• predvolenú bránu,
• DNS server,
• dobu prenájmu adresy.

Preto sa po pripojení notebooku alebo telefónu do domácej siete väčšinou nemusí nič manuálne nastavovať.

NAT – preklad sieťových adries

V domácich IPv4 sieťach sa často používa NAT (Network Address Translation).

Router môže napríklad prekladať komunikáciu zo zariadení s privátnymi adresami:

192.168.1.10
192.168.1.20
192.168.1.30

na jednu verejnú IP adresu pridelenú poskytovateľom internetu.

Vďaka tomu môže veľké množstvo zariadení v domácej sieti používať jedno verejné IPv4 pripojenie.

NAT však nie je to isté ako firewall a samotný NAT by sa nemal považovať za kompletnú bezpečnostnú ochranu.

DNS – ako počítač nájde webovú stránku

Keď do prehliadača zadáte napríklad názov webovej stránky, zariadenie potrebuje zistiť IP adresu servera.

Na to slúži DNS (Domain Name System).

Zjednodušene:

www.example.sk → DNS → IP adresa servera → pripojenie k serveru

Router môže DNS požiadavky iba preposielať na DNS server poskytovateľa alebo môže podľa konfigurácie používať inú DNS službu.

Access point nie je to isté ako router

Wi-Fi access point (AP) poskytuje bezdrôtový prístup do existujúcej siete.

Samotný access point nemusí vykonávať routing, NAT ani DHCP.

Väčšie siete preto často používajú samostatné zariadenia:

Internet → router/firewall → switch → access point → Wi-Fi zariadenia

V domácnosti sú však tieto funkcie často integrované do jedného Wi-Fi routera.

Modem, ONT a router

Tieto pojmy sa často zamieňajú, hoci ide o rozdielne funkcie.

Modem

Modem zabezpečuje komunikáciu cez konkrétnu prístupovú technológiu, napríklad káblový internet alebo DSL.

ONT

Pri optickom internete sa často používa ONT (Optical Network Terminal), ktoré prevádza optické pripojenie na Ethernet alebo poskytuje optické rozhranie pre ďalšie zariadenie.

Router

Router následne zabezpečuje smerovanie medzi sieťami a ďalšie sieťové funkcie.

Poskytovateľ však môže všetky tieto funkcie integrovať do jedného zariadenia.

Managed a unmanaged switch

Switche sa často delia na dve základné skupiny.

Unmanaged switch

Je jednoduchý plug-and-play switch.

Stačí pripojiť napájanie a Ethernetové káble. Väčšina funkcií funguje automaticky bez potreby konfigurácie.

Je vhodný najmä do domácností a jednoduchých sietí.

Managed switch

Manažovateľný switch umožňuje podrobnejšiu konfiguráciu.

Môže podporovať napríklad:

• VLAN,
• QoS,
• STP/RSTP,
• LACP,
• monitoring portov,
• SNMP,
• port security,
• konfiguráciu rýchlosti a duplexu.

Používa sa najmä vo firemných a pokročilejších domácich sieťach.

VLAN – rozdelenie jednej fyzickej siete

VLAN (Virtual LAN) umožňuje logicky rozdeliť jednu fyzickú sieť na viac samostatných sieťových segmentov.

Príklad domácej siete:

• VLAN 10 – počítače,
• VLAN 20 – IoT zariadenia,
• VLAN 30 – návštevy,
• VLAN 40 – kamery.

VLAN môže zvýšiť bezpečnosť a zjednodušiť správu siete, ale správne oddelenie VLAN zvyčajne vyžaduje podporu na switchi aj routeri/firewalle.

PoE – napájanie cez Ethernet

Niektoré switche podporujú PoE (Power over Ethernet).

PoE umožňuje prenášať po jednom Ethernetovom kábli:

• sieťové dáta,
• elektrické napájanie.

Používa sa napríklad pri:

• IP kamerách,
• Wi-Fi access pointoch,
• VoIP telefónoch,
• niektorých ďalších sieťových zariadeniach.

Výhodou je, že zariadenie nemusí mať samostatný napájací adaptér priamo pri sebe.

Rýchlosti Ethernetu

Pri sieťových zariadeniach sa často stretnete s týmito rýchlosťami:

• 100 Mbps – Fast Ethernet,
• 1 Gbps – Gigabit Ethernet,
• 2,5 Gbps – 2.5GbE,
• 5 Gbps – 5GbE,
• 10 Gbps – 10GbE.

Pri výbere zariadenia nestačí sledovať iba maximálnu rýchlosť internetu.

Ak máte napríklad internet s rýchlosťou 1 Gbps, ale medzi počítačom a NAS zariadením používate iba 100 Mbps switch, lokálna komunikácia bude týmto zariadením obmedzená.

Ethernetové káble

Najčastejšie sa pri domácich a kancelárskych sieťach používajú káble s konektorom RJ-45.

Medzi bežné kategórie patria napríklad:

• Cat5e,
• Cat6,
• Cat6a,
• Cat7,
• Cat8.

Kategória kábla ovplyvňuje jeho vlastnosti, ale výsledná rýchlosť závisí aj od sieťových portov, dĺžky vedenia, kvality inštalácie a ďalších faktorov.

Pre bežnú gigabitovú domácu sieť je Cat5e často úplne postačujúci.

Bezpečnosť routera a switcha

Sieťové zariadenia predstavujú dôležitú súčasť bezpečnosti celej siete.

Odporúča sa:

• zmeniť predvolené administrátorské heslo,
• používať silné heslo pre Wi-Fi,
• používať moderné zabezpečenie Wi-Fi, ideálne WPA3, ak ho zariadenia podporujú,
• pravidelne aktualizovať firmvér,
• vypnúť nepotrebné služby,
• nepovoľovať vzdialenú administráciu z internetu bez dôvodu,
• používať firewall,
• pri pokročilejších sieťach oddeliť citlivé zariadenia pomocou VLAN.

Pri Wi-Fi je vhodné používať samostatné silné heslo a neponechávať predvolené prihlasovacie údaje zariadenia.

Port forwarding

Port forwarding umožňuje presmerovať prichádzajúcu komunikáciu z internetu na konkrétne zariadenie v lokálnej sieti.

Príklad:

Internet → verejná IP → router → konkrétny port → server v LAN

Používa sa napríklad pri niektorých serveroch, vzdialenom prístupe alebo kamerových systémoch.

Port forwarding však zároveň môže vystaviť službu priamo internetu. Preto by sa mal používať iba vtedy, keď je to potrebné, a služba musí byť primerane zabezpečená.

Čo znamená gigabitový router?

Ak je router označený ako Gigabit, zvyčajne to znamená, že jeho Ethernetové porty podporujú rýchlosť až 1 Gbps.

Neznamená to však automaticky, že cez Wi-Fi dosiahnete 1 Gbps.

Rýchlosť Wi-Fi ovplyvňuje napríklad:

• štandard Wi-Fi,
• počet antén,
• šírka kanála,
• vzdialenosť od routera,
• rušenie,
• schopnosti klientského zariadenia,
• počet súčasne pripojených zariadení.

Typické problémy so sieťou

Internet nefunguje, ale Wi-Fi je pripojená

Pripojenie k Wi-Fi ešte neznamená, že funguje internet.

Zariadenie môže byť pripojené k routeru, ale router nemusí mať funkčné WAN pripojenie.

Funguje internet, ale iba pomaly

Problém môže byť napríklad v:

• Wi-Fi signále,
• rušení,
• kábli,
• sieťovej karte,
• porte switcha,
• preťažení routera,
• samotnom pripojení poskytovateľa.

Niektoré zariadenia sa nevidia

Príčinou môže byť napríklad:

• rozdielna IP sieť,
• VLAN,
• firewall,
• izolácia klientov,
• nesprávna konfigurácia switcha alebo access pointu.

Internet funguje iba na niektorých zariadeniach

Treba skontrolovať najmä DHCP, DNS, IP konfiguráciu a prípadné problémy s Wi-Fi alebo Ethernetovým pripojením.

Praktický príklad domácej siete

Typická moderná domácnosť môže vyzerať napríklad takto:

Internet od poskytovateľa

↓

ONT/modem

↓

Router

↓

Switch

├── Počítač
├── NAS
├── Televízor
├── Herná konzola
├── IP kamera
└── Wi-Fi access point

Access point následne poskytuje Wi-Fi pre:

• smartfóny,
• notebooky,
• tablety,
• smart TV,
• IoT zariadenia.

V jednoduchej domácnosti však môže byť router, switch aj access point integrovaný v jednom zariadení.

Výhody a obmedzenia

Výhody

• umožňujú pripojiť veľké množstvo zariadení,
• umožňujú zdieľanie sieťových zdrojov,
• zabezpečujú komunikáciu medzi zariadeniami,
• umožňujú prístup viacerých zariadení na internet,
• podporujú segmentáciu a správu siete,
• pri pokročilých zariadeniach ponúkajú rozsiahle možnosti konfigurácie.

Obmedzenia

• kvalitnejšie sieťové zariadenia môžu byť drahšie,
• pokročilé nastavenie môže byť komplikované,
• nesprávna konfigurácia môže spôsobiť výpadky alebo bezpečnostné problémy,
• maximálna rýchlosť siete závisí od všetkých prvkov v dátovej ceste.

Potrebujem doma router aj switch?

Nie vždy. Väčšina domácich routerov už obsahuje niekoľko LAN portov a teda aj integrovaný switch.

Samostatný switch potrebujete najmä vtedy, keď vám počet Ethernetových portov nestačí alebo chcete vytvoriť rozsiahlejšiu sieť.

Môžem pripojiť switch do routera?

Áno. Je to úplne bežné zapojenie.

Router → Ethernet kábel → Switch → viac zariadení

Je switch rýchlejší ako router?

Nedá sa to povedať všeobecne. Záleží od konkrétneho modelu a od toho, akú úlohu porovnávame.

Moderný switch môže prepínať lokálnu prevádzku veľmi efektívne, zatiaľ čo router musí okrem iného vykonávať smerovanie medzi sieťami a ďalšie funkcie.

Potrebujem Wi-Fi router, ak mám switch?

Switch sám o sebe Wi-Fi neposkytuje. Ak chcete bezdrôtové pripojenie, potrebujete Wi-Fi router alebo samostatný access point.

Môže byť router zároveň switchom?

Áno. Prakticky všetky bežné domáce Wi-Fi routery majú niekoľko integrovaných LAN portov fungujúcich ako switch.

Čo je default gateway?

Predvolená brána je zariadenie, na ktoré počítač posiela komunikáciu určenú mimo svojej lokálnej siete.

V typickej domácej sieti je ňou router.

Čo je DHCP?

DHCP je služba, ktorá zariadeniam automaticky prideľuje sieťové nastavenia, napríklad IP adresu, masku, gateway a DNS server.

Je NAT firewall?

Nie. NAT a firewall sú rozdielne mechanizmy. NAT prekladá sieťové adresy a firewall riadi, ktorá komunikácia je povolená alebo blokovaná.

Čo je VLAN?

VLAN umožňuje rozdeliť jednu fyzickú sieť na viac logicky oddelených sietí. Používa sa napríklad na oddelenie firemných počítačov, hostí, IoT zariadení alebo bezpečnostných kamier.

Aký switch kúpiť do domácnosti?

Pre jednoduchú domácu sieť väčšinou postačí unmanaged Gigabit Ethernet switch s dostatočným počtom portov.

Ak potrebujete VLAN, PoE, monitoring alebo pokročilú správu, vhodnejší bude managed switch.