Общие сведения

Сетевой уровень
СОДЕРЖАНИЕ
1. Сетевая семиуровневая модель OSI
2. Модель обслуживания на основе дейтаграмм.
3. Функции сетевого уровня
4. Маршрутизация. Основные функции маршрутизатора.
5. Маршрутизация. Реализация маршрутизатором функции
передачи пакетов по оптимальным путям.
6. Алгоритмы маршрутизации. Функциональные требования
к алгоритмам маршрутизации
7. Алгоритмы маршрутизации. Классификация алгоритмов и
протоколов маршрутизации.
8. Протокол IP. Основные информационные поля заголовка
пакета.
9. IP-адресация. Классы IP-адресов
10. IP-фрагментация.
СЕТЕВАЯ СЕМИУРОВНЕВАЯ МОДЕЛЬ OSI
Сетевая семиуровневая модель OSI (базовая
эталонная модель взаимодействия
открытых систем, англ. Open Systems
Interconnection Basic Reference Model) —
абстрактная сетевая модель для
коммуникаций и разработки сетевых
протоколов. Представляет уровневый подход к
сети. Каждый уровень обслуживает свою часть
процесса взаимодействия. Благодаря такой
структуре совместная работа сетевого
оборудования и программного обеспечения
становится гораздо проще и прозрачнее.
Данные
ПРИКЛАДНОЙ
Доступ к сетевым
службам
Данные
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
Представление и
кодирование данных
Данные
СЕАНСОВЫЙ
Управление сеансом
связи
Блоки
ТРАНСПОРТНЫЙ
Безопасное и надежное
соединения точка-точка
Пакеты
СЕТЕВОЙ
Определение пути и IP
(логическая адресация)
Кадры
КАНАЛЬНЫЙ
MAC и LLC
(физическая адресация)
Биты
ФИЗИЧЕСИКЙ
Кабель, сигналы,
бинарная передача
МОДЕЛЬ ОБСЛУЖИВАНИЯ НА ОСНОВЕ ДЕЙТАГРАММ
В качестве блока данных
сетевого уровня, который
предназначен для доставки
некоторого фрагмента
передаваемого сообщения,
используется дейтаграмма.
Такой подход позволяет
отделить процесс передачи
данных от прикладных
программ, позволяя
обрабатывать сетевой трафик
одинаковым способом для
любых приложений.
По сети произвольной
топологии дейтаграмма
перемещается на основании
адреса пункта назначения и
адреса источника, и делает
это независимо от всех
остальных дейтаграмм.
ФУНКЦИИ СЕТЕВОГО УРОВНЯ
обеспечивать единую систему адресации, не
зависящую от сетевой технологии, позволяющую
адресовать отдельные сети и узлы;
определять путь (последовательность сетей), по
которому должны пройти данные, чтобы достичь
получателя;
обеспечивать сквозную передачу данных через
сети с разной технологией.
МАРШРУТИЗАЦИЯ
Основные функции маршрутизатора:
Определение наилучших маршрутов до возможных
пунктов назначения и сохранение полученной
информации в таблице маршрутизации;
Передача пакетов по оптимальным путям,
выбранным из таблицы маршрутизации на основе
адресов получателей.
МАРШРУТИЗАЦИЯ
Реализация маршрутизатором функции передачи пакетов по
оптимальным путям:
1. Считывание из заголовка пакета, соответствующего сетевому
уровню модели OSI, адреса назначения, т.е. сетевого адреса
получателя;
2. По таблице маршрутизации определяется адрес следующего
транзитного маршрутизатора, пересылка к которому
соответствует оптимальному пути до пункта назначения;
3. Замена в заголовке пакета, соответствующего канальному
уровню модели OSI, своего МАС- адреса на МАС- адрес
выбранного транзитного маршрутизатора;
4. Отправление пакета выбранному транзитному
маршрутизатору.
АЛГОРИТМЫ МАРШРУТИЗАЦИИ
Функциональные требования к алгоритмам
маршрутизации:
По оптимизации определенных маршрутов –
способности определять наилучший маршрут в
зависимости от заданных показателей и их весовых
коэффициентов;
По гибкости – способность быстро и точно
адаптироваться к изменениям структуры и условий
функционирования сети;
По сходимости – способности достичь быстрого
соглашения между маршрутизаторнами сети по
оптимальным маршрутам.
АЛГОРИТМЫ МАРШРУТИЗАЦИИ
Классификация алгоритмов и протоколов маршрутизации:
По степени гибкости и сходимости: статические и динамические
алгоритмы маршрутизации.
По количеству одновременно поддерживаемых маршрутов к одному
пункту назначения: одномаршрутные и многомаршрутные алгоритмы
маршрутизации.
По способу организации маршрутов: алгоритмы одноуровневой и
иерархической организации.
По области влияния: внутредоменные и междоменные алгоритмы
маршрутизации.
По способу получения маршрутной информации: алгоритмы вектора
расстояния и алгоритмы состояния канала.
ПРОТОКОЛ IP
Основные информационные поля заголовка пакета:
IP-адреса отправителя и получателя – предназначены для
идентификации отправителя и получателя (см. IP-адресация);
Время жизни пакета (Time To Live, TTL) - определяет время,
которое IP-пакет может находиться в сети, и предназначено для
предотвращения "захламления" сети "заблудившимися пакетами";
Поля, предназначенные для фрагментации пакетов (см. IPфрагментация);
Поля, предназначенные для управления обработкой пакета
(длина пакета и заголовка, контрольная сумма заголовка, тип
обслуживания и т.д.).
IP-АДРЕСАЦИЯ
Классы IP-адресов
Существует 5 классов IP-адресов – A, B, C, D, E. Принадлежность
IP-адреса к тому или иному классу определяется значением
первого октета. IP-адреса первых трех классов предназначены для
адресации отдельных узлов и отдельных сетей. Такие адреса
состоят из двух частей – номера сети и номера узла.
Преимущества двухуровневой системы:
она позволяет адресовать целиком отдельные сети внутри
составной сети, что необходимо для обеспечения маршрутизации
присваивать узлам номера внутри одной сети независимо от
других сетей. Естественно, что компьютеры, входящие в одну и ту
же сеть должны иметь IP-адреса с одинаковым номером сети
IP-ФРАГМЕНТАЦИЯ
Фрагментация – разбиение содержащихся в IP-дейтаграмме данных
на несколько IP-дейтаграмм меньшего размера, называемых
фрагментами.
Дейтаграмма прибывает на маршрутизатор и должна быть
переправлена далее по линии с максимальным размером поля
данных. Полезная нагрузка дейтаграммы передается транспортному
уровню получателя после того, как IP-уровень полностью
восстановит оригинальную дейтаграмму. Если один или несколько
фрагментов не сумеют достичь адресата, вся дейтаграмма
отбрасывается и не передается транспортному уровню. Но если в
качестве транспортного уровня используется протокол ТСР, тогда
восстановлением после потери фрагмента занимается протокол
ТСР, повторяя передачу всех данных оригинальной дейтаграммы.
IP-ФРАГМЕНТАЦИЯ
ВЫВОДЫ
1. Главными функциями сетевого уровня являются: обеспечение
единой системы адресации, независимой от способов адресаций,
определяемых конкретной сетевой технологией, маршрутизация
пакетов данных, передаваемых по сети, а также обеспечение
сквозной передачи данных через составную сеть;
2. Устройства, предназначенные для объединения сетей на сетевом
уровне, называются маршрутизаторами;
3. Основными функциями каждого маршрутизатора являются
определение наилучших маршрутов до возможных пунктов
назначения, сохранение полученной информации в таблице
маршрутизации и передача пакетов по оптимальным путям,
выбранным из таблицы маршрутизации на основе адресов
получателей.
4. Алгоритм, определяющий путь пакета от маршрутизатора-источника
к маршрутизатору приемника, называется алгоритмом
маршрутизации.
ВЫВОДЫ
5. Основным протоколом сетевого уровня является протокол IP; Протокол
IP определяет схему адресации узлов сети и обеспечивает
маршрутизацию и фрагментацию пакетов;
6. Для успешной передачи данных между сетями, построенными на базе
различных технологий, IP-маршрутизаторы могут осуществлять
фрагментацию пакетов в соответствии с ограничениями,
устанавливаемыми сетевой технологией сети назначения;
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Куроуз Дж, Росс К.: Компьютерные сети. 2-е изд. Спб., Питер, 2004
2. Таненбаум Э.: Компьютерные сети, 4-е изд. СПб., Питер, 2007
3. Столлингз В.: Современные компьютерные сети, СПб., Питер, 2003
4. Одом У.: Компьютерные сети. Первый шаг – М., Вильямс, 2005
5. Камер Д.: Сети TCP/IP, том 1 – М., Вильямс, 2003