В сложных сетях для соединения подсетей друг с другом недостаточно иметь мосты и коммутаторы. Причинами этого являются следующие особенности сложных разветвленных сетей.
Во-первых, в таких сетях, как правило, имеется по несколько альтернативных маршрутов между различными подсетями или, другими словами, в топологии сети имеются контура (петли). В такой ситуации мосты и коммутаторы эффективно работать не могут.
Во-вторых, не во всех сетях на канальном уровне используется одна и та же структура кадров и система MAC-адресов, следовательно, необходимо согласование структур и адресов, на что мосты и коммутаторы не рассчитаны. В частности, они не могут выполнять фрагментацию кадров, следовательно, максимально допустимые размеры кадров в соединяемых сетях должны совпадать.
В-третьих, сети с коммутаторами и мостами подвержены широковещательному шторму.
Решение возникающих на сетевом уровне проблем основано на рассмотренной выше концепции сетевых адресов и на использовании маршрутизаторов.
Маршрутизатор (router) — блок взаимодействия, служащий для выбора маршрута передачи данных в разветвленных сетях, каковыми является большинство корпоративных и территориальных сетей. С помощью маршрутизаторов могут согласовываться не только канальные протоколы, как это обычно имеет место при применении мостов, но и сетевые протоколы. Маршрутизаторы содержат таблицы маршрутизации и реализуют протоколы (методы) маршрутизации в отличие от коммутаторов, которые могут содержать лишь локальные таблицы соответствия IP-адресов физическим MAC-адресам сетевых контроллеров. С помощью маршрутизаторов могут создаваться сети с контурами (с более чем одним вариантом связи двух узлов), что позволяет оптимизировать маршруты передачи данных. Маршрутизатор оперирует сетевыми адресами и таблицами маршрутизации, обрабатывает информацию о состоянии сети и определяет оптимальный маршрут движения пакетов в соответствии с методами маршрутизации.
В то же время коммутатор лишь определяет, на какой из своих портов нужно направить пришедший пакет. Определение нужного порта происходит по имеющейся в коммутаторе таблице соответствия MAC-адресов и портов. Но следует помнить, что использование коммутаторов вместо маршрутизаторов там, где это возможно, позволяет существенно повысить пропускную способность сети.
Для маршрутизаторов характерны следующие типичные действия по отношению к поступающим кадрам (рис. 1). Вначале из кадра извлекается пакет путем отбрасывания заголовка канального уровня. Далее возможна проверка контрольной суммы и времени жизни пакета; его ликвидация, если не выполнены соответствующие условия; определение маршрута по алгоритму маршрутизации и данным о состоянии сети, представленным в таблице маршрутизации; передача пакета на выходной порт с добавлением к нему заголовка канального уровня, соответствующего сети, к которой относится следующий маршрутизатор.
Рис. 1.  Операции над пакетом в маршрутизаторе
Маршрутизатор обычно имеет несколько портов, центральный процессор, контроллеры и буферные накопители портов. Контроллеры портов, получая адрес назначения поступившего пакета, определяют значения критерия оптимальности, учитывающие расстояния до адресата, и передают эти значения в центральный процессор, который принимает решение о передаче пакета в буфер того выходного порта, которому соответствует наименьшее значение критерия оптимальности. Контроллер этого порта отправляет пакет в сеть, присоединяя к пакету заголовок канального уровня этой сети.
В начале работы сети и в дальнейшем с определенной периодичностью маршрутизаторы обмениваются маршрутной информацией, на основе которой формируются таблицы маршрутизации. Информация передается волнообразно, и в больших сетях обновление таблиц может происходить медленно. Для устранения этого недостатка сеть разбивают на части (области OSPF) и обмен информацией происходит только внутри частей. При этом уменьшаются также размеры таблиц маршрутизации. Между собой части связаны через пограничные маршрутизаторы, работающие по типу мостов.
Шлюз (gateway) — блок взаимодействия, служащий для соединения информационных сетей различной архитектуры и с неодинаковыми протоколами. В шлюзах предусматривается согласование протоколов всех семи уровней ЭМВОС. Примерами шлюзов могут быть устройства, соединяющие ЛВС типа Ethernet с сетью SNA, используемой для связи больших машин фирмы IBM. Часто под шлюзом понимают сервер, имеющий единственный внешний канал передачи данных.
Совокупность сетей, объединенных единым административным управлением, называют автономной системой (AS — Autonomous System). Связь одной AS с другими осуществляется через маршрутизатор или шлюз. Такой маршрутизатор называют пограничным. В качестве AS можно рассматривать и более сложную совокупность связанных AS, если эта совокупность имеет выход во внешние сети опять же через пограничный маршрутизатор (шлюз). Из сказанного следует, что структура глобальных сетей является иерархической.
К блокам взаимодействия относят также модемы, ATM-конверторы, преобразующие ATM-поток в пакеты промежуточных сетей (например, E3/T3), многопротокольные переключатели (например, из X.25 в Frame Relay и обратно), мультиплексоры и демультиплексоры — устройства для преобразования сообщений в кадры TDM (временное мультиплексирование) и обратно и др.