Bộ định tuyến là gì? Tìm hiểu vai trò quan trọng trong mạng Internet

Trong thời đại Internet hiện nay, hầu hết các gia đình và văn phòng đều cần kết nối mạng để làm việc, học tập và giải trí. Một trong những thiết bị quan trọng giúp kết nối các thiết bị như điện thoại, máy tính hay tivi với mạng Internet chính là bộ định tuyến (router). Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ bộ định tuyến là gì và hoạt động như thế nào. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về khái niệm này và lý do vì sao router lại đóng vai trò quan trọng trong mạng Internet mà chúng ta sử dụng hàng ngày.

Bộ định tuyến là gì?

Bộ định tuyến hay còn gọi là router, là thiết bị giúp truyền dữ liệu giữa các mạng máy tính khác nhau. Ví dụ, khi bạn truy cập Internet từ điện thoại hay máy tính, bộ định tuyến sẽ là thiết bị trung gian giúp kết nối mạng WiFi tại nhà bạn với mạng toàn cầu.

Cụ thể hơn, router sẽ kiểm tra thông tin trong các gói dữ liệu bạn gửi đi khi bạn truy cập một trang web, xác định địa chỉ IP đích và chọn đường đi tốt nhất để gửi dữ liệu đó đến nơi cần đến. Nhờ có router, dữ liệu sẽ được định hướng đúng hướng, tránh bị thất lạc hoặc đi vòng quá xa.

Bộ định tuyến thường nằm ở những điểm giao giữa các mạng, ví dụ giữa mạng gia đình và mạng của nhà cung cấp Internet. Một gói dữ liệu có thể đi qua rất nhiều bộ định tuyến khác nhau trước khi tới đích cuối cùng.

Về mặt kỹ thuật, bộ định tuyến hoạt động ở tầng 3 trong mô hình OSI - tầng mạng để xử lý địa chỉ IP và định tuyến gói tin.

Kiến trúc của bộ định tuyến

Một bộ định tuyến gồm các thành phần chính như sau: 

• Cổng vào (Input Port): Là nơi đầu tiên mà các gói dữ liệu đi vào trong bộ định tuyến. Tại đây, gói tin sẽ được tiếp nhận từ đường truyền vật lý, xử lý các thông tin liên quan đến tầng liên kết, sau đó tra cứu bảng chuyển tiếp để xác định đích đến phù hợp. 
• Bộ chuyển mạch (Switching Fabric): Chính là trung tâm kết nối giữa các cổng vào và cổng ra, là nơi các gói dữ liệu được chuyển tiếp từ đầu vào đến đầu ra. Có ba cách phổ biến để xây dựng bộ chuyển mạch: Có một số cách triển khai bộ chuyển mạch:

- Chuyển mạch qua bộ nhớ: Gói tin được bộ xử lý (CPU) sao chép từ cổng vào sang cổng ra.

- Chuyển mạch qua bus: Một bus chung kết nối tất cả cổng vào với cổng ra. Cổng vào đặt “mã định danh” vào gói tin để chỉ rõ đích đến, sau đó gửi lên bus. Cổng ra nhận biết mã này và tiếp nhận gói tin.

- Chuyển mạch qua mạng liên kết: Sử dụng một mạng phức tạp hơn với 2N đường kết nối, giúp liên kết n cổng vào với n cổng ra nhanh và hiệu quả hơn.

• Cổng ra (Output Port): là nơi gói dữ liệu được truyền ra khỏi router để đến với đích tiếp theo trong mạng. Khi có nhiều gói tin cần được gửi cùng lúc, cổng ra sẽ xử lý xếp hàng để đảm bảo gói tin được gửi theo thứ tự. Sau đó, nó thực hiện các thao tác cần thiết ở tầng liên kết, chẳng hạn như gắn thêm tiêu đề, trước khi truyền gói tin đến đường truyền tiếp theo. Đây là bước cuối cùng để dữ liệu rời khỏi bộ định tuyến.
• Bộ xử lý định tuyến: Đóng vai trò như bộ não của bộ định tuyến, chịu trách nhiệm chạy các giao thức định tuyến như OSPF, RIP hay BGP để xây dựng và cập nhật bảng định tuyến. Từ bảng này, các bảng chuyển tiếp sẽ được tạo ra nhằm giúp router xác định tuyến đường tối ưu cho mỗi gói dữ liệu. Ngoài ra, bộ xử lý định tuyến còn đảm nhận các chức năng quản lý, cấu hình và kiểm soát toàn bộ hoạt động của router.

Nguyên lý hoạt động của bộ định tuyến

Khi một thiết bị trong mạng gửi dữ liệu đến một thiết bị khác, dữ liệu đó sẽ được chia nhỏ thành nhiều gói tin. Mỗi gói tin đều chứa các thông tin quan trọng như địa chỉ IP nguồn và địa chỉ IP đích. Bộ định tuyến sẽ đọc địa chỉ IP đích trong phần header của gói tin này, sau đó so sánh với bảng định tuyến để xác định hướng đi tốt nhất cho gói tin.

Bảng định tuyến chỉ đường cho dữ liệu, liệt kê các tuyến đường mà gói tin có thể đi đến các đích cụ thể trong mạng. Ngoài địa chỉ IP, bảng định tuyến còn có thể tính đến các yếu tố khác như chi phí truyền tải, độ ưu tiên hay số bước nhảy, từ đó áp dụng thuật toán để chọn ra con đường ngắn nhất và hiệu quả nhất để truyền dữ liệu.

Trong nhiều trường hợp, bảng định tuyến cũng quy định một “tuyến mặc định”. Khi bộ định tuyến không tìm thấy tuyến đường phù hợp nào cho một gói tin, nó sẽ tự động chuyển gói tin đó theo tuyến mặc định này. Ví dụ, trong các mạng gia đình hoặc văn phòng nhỏ, bộ định tuyến thường được cấu hình để chuyển toàn bộ dữ liệu ra ngoài qua một tuyến mặc định đến nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP).

Các loại bộ định tuyến phổ biến hiện nay

Bộ định tuyến có nhiều loại khác nhau, được thiết kế để phục vụ các nhu cầu và quy mô mạng riêng biệt. Dưới đây là những loại bộ định tuyến phổ biến nhất hiện nay:

• Bộ định tuyến có dây (Wired Router): Đây là loại router kết nối các thiết bị với internet thông qua dây cáp Ethernet, cung cấp tốc độ internet cao, ổn định và bảo mật hơn so với các kết nối không dây. Bộ định tuyến có dây phù hợp với những môi trường cần độ tin cậy cao như trung tâm dữ liệu, phòng máy chủ hoặc các hệ thống mạng lớn.
• Bộ định tuyến không dây (Wireless Router): Router không dây hoạt động giống như router có dây nhưng có thêm khả năng phát sóng WiFi, giúp các thiết bị laptop, điện thoại, máy tính bảng kết nối internet mà không cần dây cáp. Các router này thường sử dụng các chuẩn WiFi như 802.11g hoặc cao hơn, phù hợp với hộ gia đình hoặc văn phòng nhỏ.
• Bộ định tuyến lõi (Core Router): Đây là loại router có hiệu suất cao nhất, được các nhà cung cấp dịch vụ internet (ISP) sử dụng. Bộ định tuyến lõi có nhiệm vụ xử lý lượng dữ liệu khổng lồ, kết nối các router lớn khác hoặc bộ chuyển mạch với nhau. Thiết bị được đặt tại trung tâm của hạ tầng internet và truyền tải thông tin qua các tuyến cáp quang trục chính. Các doanh nghiệp lớn cũng sử dụng bộ định tuyến doanh nghiệp để kết nối mạng nội bộ với các bộ định tuyến lõi của ISP.
• Bộ định tuyến biên (Edge Router): Còn được gọi là router truy cập, thiết bị này nằm ở ranh giới của mạng nội bộ (LAN) và kết nối nó với mạng bên ngoài như internet công cộng, mạng WAN hoặc mạng LAN khác. Edge router thường có dung lượng nhỏ hơn so với core router và được dùng phổ biến trong các hộ gia đình, văn phòng nhỏ, thường gọi là "bộ định tuyến thuê bao".
• Bộ định tuyến chi nhánh (Branch Router): Router này dùng để kết nối các văn phòng chi nhánh từ xa với mạng chính của doanh nghiệp thông qua mạng WAN. Ngoài chức năng định tuyến cơ bản, bộ định tuyến chi nhánh còn hỗ trợ các tính năng nâng cao như: ghép kênh chia theo thời gian (TDM), quản lý mạng LAN không dây và tối ưu hiệu suất cho các ứng dụng sử dụng WAN.
• Bộ định tuyến ảo (Virtual Router): Đây là một giải pháp phần mềm mô phỏng lại chức năng của bộ định tuyến vật lý. Virtual router cho phép chia một thiết bị router thành nhiều đơn vị hoạt động độc lập, mỗi đơn vị có bảng định tuyến, giao diện và cấu hình riêng. Loại router này thường được dùng để xây dựng các mạng riêng ảo VPN hoặc trong môi trường dùng chung nhiều khách hàng.
• Bộ định tuyến logic (Logical Router): Router logic là phiên bản nâng cao của router ảo, được thiết lập trong phần cứng vật lý nhưng mỗi phân vùng logic lại có tài nguyên phần cứng riêng biệt như CPU, bộ nhớ, cổng mạng, tạo ra nhiều router con trong cùng một thiết bị vật lý, mỗi router logic có thể hoạt động độc lập, xử lý các nhiệm vụ định tuyến riêng biệt và có bảng định tuyến riêng.

Các loại giao thức định tuyến

Giao thức định tuyến là một tập hợp các quy tắc cho phép bộ định tuyến nhận biết các bộ định tuyến khác trong mạng và từ đó xác định lộ trình tốt nhất để truyền dữ liệu. Thông qua các giao thức này, router có thể tự động trao đổi thông tin với nhau và cập nhật bảng định tuyến một cách linh hoạt theo thời gian thực, thay vì phải cấu hình thủ công.

• Open Shortest Path First (OSPF): Đây là giao thức định tuyến phổ biến được sử dụng để tìm đường đi ngắn nhất cho gói tin khi di chuyển qua nhiều mạng khác nhau. OSPF hoạt động dựa trên thuật toán trạng thái liên kết và đảm bảo dữ liệu được truyền qua lộ trình tối ưu nhất, giảm độ trễ và tăng hiệu suất mạng.
• Border Gateway Protocol (BGP):  BGP là giao thức định tuyến được sử dụng giữa các bộ định tuyến ở ranh giới của các mạng lớn, chẳng hạn như giữa các nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP). Giao thức BGP giúp các router trao đổi thông tin về cách định tuyến các gói tin trên Internet. BGP cũng cung cấp tính ổn định cao cho mạng vì có thể linh hoạt chuyển hướng lưu lượng sang một tuyến khác nếu kết nối chính gặp sự cố.
• Interior Gateway Routing Protocol (IGRP): IGRP là một giao thức định tuyến nội bộ do Cisco phát triển, dùng để trao đổi thông tin định tuyến giữa các bộ định tuyến trong cùng một hệ thống mạng. IGRP xác định cách tốt nhất để truyền dữ liệu trong một mạng riêng.
• Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP): EIGRP là phiên bản nâng cao của IGRP, cung cấp khả năng định tuyến nhanh hơn và hiệu quả hơn. Khi một router không tìm thấy tuyến đường đến đích trong bảng định tuyến của mình, EIGRP sẽ yêu cầu các router lân cận hỗ trợ tìm đường. Nếu các router này cũng không biết, yêu cầu sẽ được tiếp tục chuyển tiếp cho đến khi tìm được lộ trình phù hợp.
• Exterior Gateway Protocol (EGP): EGP là một trong những giao thức định tuyến cũ, được sử dụng để trao đổi dữ liệu định tuyến giữa các hệ thống mạng độc lập, đặc biệt là giữa các máy chủ Internet. Ngày nay EGP không còn được sử dụng rộng rãi như BGP.

Vai trò của bộ định tuyến

• Chuyển tiếp dữ liệu (Forwarding): Đây là chức năng cơ bản nhất của bộ định tuyến. Khi nhận được một gói tin từ cổng vào, bộ định tuyến sẽ kiểm tra thông tin trong phần tiêu đề, thực hiện một số kiểm tra cơ bản như xác minh tổng kiểm, sau đó tra bảng định tuyến để tìm cổng ra phù hợp và chuyển tiếp gói tin đến đúng đích.
• Định tuyến (Routing): Bộ định tuyến quyết định đường đi tối ưu nhất cho gói dữ liệu đến đích, sử dụng bảng định tuyến được xây dựng thông qua các thuật toán định tuyến để xác định lộ trình hiệu quả nhất, đồng thời liên tục cập nhật bảng này để thích ứng với sự thay đổi trong mạng.
• Biên dịch địa chỉ mạng (NAT – Network Address Translation): Router có thể thực hiện chức năng NAT để chuyển đổi giữa địa chỉ IP riêng (trong mạng nội bộ) và địa chỉ IP công cộng (trên internet). Nhiều thiết bị trong mạng nội bộ truy cập internet chỉ thông qua một địa chỉ IP công cộng duy nhất, vừa tiết kiệm tài nguyên địa chỉ, vừa tăng cường bảo mật.

• Bảo mật mạng: Bộ định tuyến có thể được cấu hình để hoạt động như một tường lửa, giúp ngăn chặn truy cập trái phép, phần mềm độc hại và các mối đe dọa khác từ bên ngoài. Một số router còn tích hợp các tính năng bảo mật nâng cao như lọc gói tin, kiểm soát truy cập, chống tấn công DDoS,...
• Quản lý chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service): Router có thể phân loại và ưu tiên các loại dữ liệu khác nhau. Ví dụ, router có thể ưu tiên băng thông cho các ứng dụng quan trọng như hội nghị video, gọi VoIP hoặc truyền tải dữ liệu thời gian thực, giúp đảm bảo chất lượng dịch vụ ngay cả khi mạng đang bận rộn.
• Kết nối VPN: Bộ định tuyến hỗ trợ thiết lập kết nối VPN, cho phép người dùng truy cập từ xa vào mạng nội bộ một cách an toàn. Nhân viên làm việc từ xa có thể kết nối với hệ thống công ty như đang ngồi trong văn phòng.
• Quản lý băng thông: Router có thể kiểm soát lượng dữ liệu được truyền qua mạng bằng cách giới hạn băng thông cho từng thiết bị hoặc dịch vụ, giúp ngăn ngừa tắc nghẽn mạng và đảm bảo các ứng dụng quan trọng luôn được cấp đủ tài nguyên.
• Giám sát và chẩn đoán: Router có khả năng theo dõi lưu lượng mạng và ghi lại các thông tin sự cố. Khi có sự cố xảy ra, các công cụ giám sát tích hợp trong router sẽ giúp quản trị viên mạng nhanh chóng phát hiện nguyên nhân và đưa ra hướng khắc phục hiệu quả.

Hạn chế của bộ định tuyến

• Tốc độ kết nối có thể chậm hơn: Do bộ định tuyến phải xử lý dữ liệu qua nhiều tầng thông tin nên quá trình truyền tải có thể bị chậm. Ngoài ra, khi có quá nhiều thiết bị kết nối cùng lúc, bộ định tuyến dễ gặp tình trạng nghẽn mạng, gây trễ hoặc rớt kết nối.
• Chi phí cao: So với các thiết bị mạng khác như switch hay hub, router thường có giá cao hơn. Ngoài chi phí mua thiết bị, người dùng còn có thể phải chi thêm cho tính năng bảo mật, khả năng mở rộng hoặc cấu hình chuyên sâu.
• Cần cấu hình phức tạp: Để hoạt động hiệu quả, bộ định tuyến cần được cấu hình chính xác. Trong các hệ thống phức tạp, việc cài đặt và thiết lập đòi hỏi người có chuyên môn, từ đó phát sinh thêm chi phí lắp đặt hoặc thuê kỹ thuật viên.
• Vấn đề về chất lượng kết nối: Một số bộ định tuyến giá rẻ hoặc đời cũ có thể không hỗ trợ tốt các băng tần hiện đại. Ví dụ, nhiều thiết bị vẫn hoạt động trên băng tần 2.4GHz vốn dễ bị nhiễu sóng trong các khu căn hộ, chung cư đông đúc, gây ảnh hưởng đến hiệu suất mạng.
• Hạn chế băng thông: Router sử dụng các thuật toán định tuyến động để xác định đường đi dữ liệu, tạo ra lưu lượng xử lý nội bộ, tiêu tốn nhiều băng thông. Khi băng thông không đủ, kết nối internet giữa các thiết bị sẽ chậm rõ rệt.

Sự khác biệt giữa bộ định tuyến và modem

Mặc dù một số nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) có thể tích hợp modem và bộ định tuyến vào cùng một thiết bị, nhưng trên thực tế, đây là hai thiết bị riêng biệt với vai trò khác nhau. Cả hai đều đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các thiết bị với nhau và với Internet.

Modem là thiết bị dùng để kết nối mạng nội bộ của bạn với Internet. Modem hoạt động bằng cách chuyển đổi tín hiệu từ nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) thành tín hiệu số mà các thiết bị trong mạng có thể hiểu và sử dụng được. Nếu chỉ có modem, bạn chỉ có thể kết nối được một thiết bị duy nhất với Internet và không thể chia sẻ kết nối đó cho các thiết bị khác.

Bộ định tuyến là thiết bị giúp tạo ra mạng LAN và quản lý luồng dữ liệu giữa các thiết bị trong mạng. Router không kết nối trực tiếp với Internet mà chỉ phân phối tín hiệu Internet nếu có modem đi kèm đến nhiều thiết bị khác nhau như điện thoại, máy tính, tivi,… qua WiFi hoặc dây mạng. Nếu chỉ có router mà không có modem, bạn có thể kết nối và chia sẻ dữ liệu giữa các thiết bị nhưng không thể truy cập Internet.

Tổng kết

Bộ định tuyến đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc kết nối và duy trì hoạt động của mạng Internet trong gia đình hoặc doanh nghiệp. Việc hiểu rõ về chức năng, cách hoạt động và tầm quan trọng của router sẽ giúp bạn sử dụng mạng hiệu quả hơn, đồng thời dễ dàng khắc phục sự cố khi cần thiết. Hy vọng qua bài viết này, bạn đã có cái nhìn rõ ràng hơn về bộ định tuyến và biết cách lựa chọn cũng như sử dụng thiết bị này một cách hợp lý.