Sieťová vrstva: typy a problémy s jej dizajnom

V rámci celej informatiky je prístup Sieť Layer pomáha vedieť o komplikovaných sieťových interakciách. Prichádza expozícia mnohých sieťových vrstiev, ale dobre známym modelom je prístup OSI so 7 vrstvami. Model OSI (Open System Interconnection) načrtáva jasný obraz o prenose dát prostredníctvom štandardných protokolov. Čo však presne týchto sedem vrstiev vykonáva? V tomto sieťovom rámci pracujú nižšie vrstvy (1 - 4) väčšinou na prenose údajov a vyššie vrstvy (5 - 7) sa zaoberajú údajmi na úrovni aplikácie. Každá vrstva je zodpovedaná zodpovedajúcimi úlohami a potom odovzdáva informácie do ďalšej vrstvy. V tomto článku pôjdeme s konceptom sieťovej vrstvy, funkcionalitami, problémami, protokoly a služby.

Čo je sieťová vrstva?

Zodpovednosť za správu nesie sieťová vrstva podsiete výkon. Táto vrstva sa viac zameriava na riadenie operácií prenosu údajov, technológií smerovania a prepínania, preposielania a sekvenovania paketov, spracovania chýb, riešenia vytvárania logických trás a riadenia preťaženia.

Typy sieťových vrstiev

Vďaka výkonu všetkých siedmich vrstiev v sieťovom modeli OSI je výkonnosť spolupráce najrozšírenejším prístupom vo všetkých aplikáciách.

Prístup OSI

Nasledujúca časť popisuje funkčnosť jednotlivých vrstiev:

1). Aplikačná vrstva

Zachováva všetky interakcie medzi človekom a počítačom a všade tam, kde môže mať aplikácia prístup k sieťovým aktivitám. To znamená, že aplikačná vrstva ponúka služby pre aktivity ako e-mail, sieťový softvér a prenos súborov. V modeli OSI má táto vrstva komunikačné protokoly a prístupy k rozhraniu využívané na komunikáciu medzi procesmi prostredníctvom protokolu IP. Táto vrstva iba štandardizuje komunikáciu a na základe nasledujúcej transportnej vrstvy spravuje výmenu informácií a ustanovuje cesty prenosu údajov typu host-to-data.

2). Prezentačná vrstva

Tu sa informácie uchovávajú v použiteľnom formáte a tu sa stáva funkčnosť údajov šifrovanie . Prezentačná vrstva slúži na prenos informácií v modeli, ktoré aplikačná vrstva akceptuje. V niekoľkých prípadoch sa táto vrstva nazýva syntaktická vrstva. Táto vrstva zaisťuje, že údaje dodávané aplikačnou vrstvou v jednom systéme sú dešifrovateľné aplikačnou vrstvou druhého systému.

3). Vrstva relácie

Pracuje na funkčnosti pripojení a nesie zodpovednosť za správu rôznych relácií a portov. Vrstva relácie pracuje na koordinácii a ukončení konverzácií, diskusií medzi aplikáciami a výmen.

4). Transportná vrstva

Táto vrstva vykonáva činnosť prenosu údajov prostredníctvom protokolov pozostávajúcich z UDP a TCP. Prenáša informácie medzi hostiteľmi a koncovými systémami. Spravuje end-to-end zotavenie po chybe a reguláciu toku. Transportná vrstva poskytuje služby ako riadenie toku, multiplexovanie, komunikácia zameraná na pripojenie a dokonca aj správu konzistencie. Táto vrstva nesie zodpovednosť za doručenie informácií presnému procesu aplikácie prostredníctvom hostiteľských počítačov. Má tiež štatistické multiplexovanie, pokiaľ ide o segmentáciu údajov, pridanie ID zdrojového a cieľového portu do hlavičky transportnej vrstvy.

5). Sieťová vrstva

Rozhoduje o adrese fyzickej cesty, ktorou sa musia informácie prenášať. Táto vrstva sa viac zameriava na riadenie operácií prenosu údajov, technológií smerovania a prepínania, preposielania a sekvenovania paketov, spracovania chýb, riešenia vytvárania logických trás a riadenia preťaženia.

6). Vrstva dátového spojenia

Táto vrstva pracuje na operácii šifrovania a dešifrovania dátových paketov. Poskytuje informácie týkajúce sa prenosového protokolu a riadi chyby, ktoré sa vyskytujú vo fyzickej vrstve, regulácii toku a synchronizácii rámcov. Táto vrstva poskytuje služby, ako je rámovanie dátových paketov, synchronizácia rámcov, fyzické adresovanie, prepínanie medzi obchodmi a inými servermi a mnoho ďalších.

7). Fyzická vrstva

Prenáša surové informácie na fyzickom médiu. Fyzická vrstva poskytuje mechanické, procedurálne a elektrické rozhranie pre prenosové médium. Opisuje dokonca vysielacie frekvencie, vlastnosti elektrických konektorov a ďalšie nízkoúrovňové faktory.

Funkcie sieťovej vrstvy

Vysvetlíme vyššie uvedené terminológie, ktoré sieťová vrstva vykonáva:

• Adresovanie - Udržuje zdrojovú aj cieľovú adresu v záhlaví rámca. Sieťová vrstva vykonáva adresovanie s cieľom zistiť konkrétne zariadenia v sieti.
• Balenie - Sieťová vrstva pracuje na konverzii paketov prijatých z jej hornej vrstvy. Túto vlastnosť dosahuje internetový protokol (IP).
• Smerovanie - Sieťová vrstva, ktorá sa považuje za hlavnú funkcionalitu, si zvolí najlepšiu cestu na prenos dát zo zdrojového bodu do cieľového miesta.
• Internetworking - Internetworking pracuje na zabezpečení logického spojenia medzi viacerými zariadeniami.

Problémy s návrhom sieťovej vrstvy

Sieťová vrstva prichádza s určitými problémami s dizajnom a je možné ich popísať nižšie:

1). Store-and-Forward Prepínanie paketov

Tu sú najdôležitejšími prvkami vybavenie dopravcu (spojenie medzi smerovačmi prostredníctvom prenosových vedení) a vybavenie zákazníka.

prepínanie paketov typu store-and-forward

• H1 má priame spojenie s operačným smerovačom „A“, zatiaľ čo H2 je pripojené k operátorskému smerovaču „F“ pomocou pripojenia LAN.
• Jeden z routerov operátora „F“ je zameraný mimo vybavenia operátora, pretože nespadá pod operátor, hoci sa to považuje za protokoly, softvér a konštrukciu.
• Táto prepínacia sieť funguje tak, že k prenosu údajov dôjde, keď ho hostiteľ (H1) s paketom prenesie cez smerovač do blízkeho smeru LAN (alebo) spojenie typu point-to-point s dopravcom. Prepravca uloží paket až do úplného doručenia, čím potvrdí kontrolný súčet.
• Potom sa paket prenáša cez cestu, kým sa nedosiahne H2.

2). Služby poskytované na transportnú vrstvu

Prostredníctvom rozhrania sieťovej / transportnej vrstvy poskytuje sieťová vrstva svoje služby transportnej vrstve. Niekto by sa mohol stretnúť s otázkou, aký typ služieb poskytuje sieťová vrstva?

Prejdeme teda k rovnakému dotazu a nájdeme ponúkané služby.

Služby ponúkané sieťovou vrstvou sú načrtnuté s ohľadom na niekoľko cieľov. Tie sú:

• Ponuka služieb nesmie závisieť od technológie smerovača
• Transportnú vrstvu je potrebné chrániť pred typom, počtom a topológiou dostupných smerovačov.
• Sieťové adresovanie transportnej vrstvy musí zodpovedať scenáru konzistentného číslovania aj pri pripojeniach LAN a WAN.

Poznámka: Ďalej prichádza scenár zameraný na pripojenie alebo bez pripojenia

Tu sú možné dve zoskupenia na základe ponúkaných služieb.

Nespojiteľné - Tu sa smerovanie a vkladanie paketov do podsiete vykonáva individuálne. Nie je potrebné žiadne ďalšie nastavenie

Orientované na pripojenie - Subnet musí ponúkať spoľahlivé služby a všetky pakety sa prenášajú jednou cestou.

3). Implementácia služby bez pripojenia

V tomto scenári sa pakety nazývajú datagramy a zodpovedajúca podsiete sa označuje ako podsieť datagramov. Smerovanie v podsieti datagramu je nasledovné:

podsieť datagramu

tabuľka pravdy

Keď je veľkosť správy, ktorá sa má preniesť, 4-krát väčšia ako veľkosť paketu, sieťová vrstva sa rozdelí na 4 pakety a potom prostredníctvom niekoľkých protokolov prenesie každý paket na smerovač „A“. Každý smerovač je vybavený smerovacou tabuľkou, kde rozhoduje o cieľových bodoch.
Na vyššie uvedenom obrázku je zrejmé, že pakety z „A“ je potrebné prenášať buď do B, alebo C, aj keď je cieľovým miestom „F“. Smerovacia tabuľka „A“ je jasne načrtnutá vyššie.

Zatiaľ čo v prípade paketu 4 je paket z „A“ smerovaný do „B“, dokonca aj cieľový uzol je „F“. Paket „A“ sa rozhodne preniesť paket 4 inou cestou ako pôvodné tri cesty. Môže sa to stať z dôvodu dopravného preťaženia pozdĺž cesty ACE. Takže

4). Implementácia služby orientovanej na pripojenie

Tu funguje funkčnosť služby orientovanej na pripojenie vo virtuálnej podsieti. Virtuálna podsieť vykonáva operáciu vyhýbania sa novej ceste pre každý paketový prenos. Ako náhrada za to, keď dôjde k vytvoreniu spojenia, je vybraná a udržiavaná v tabuľkách trasa zo zdrojového uzla do cieľového uzla. Táto trasa koná v čase dopravného preťaženia.

V čase uvoľnenia pripojenia sa zruší aj virtuálna podsieť. V tejto službe má každý paket svoj vlastný identifikátor, ktorý udáva presnú adresu virtuálneho obvodu. Nasledujúci diagram zobrazuje smerovací algoritmus vo virtuálnej podsieti.

Implementácia služby orientovanej na pripojenie

Protokoly smerovania sieťovej vrstvy

Sieťové smerovacie protokoly sú veľa typov. Všetky protokoly sú opísané nižšie:

1). Smerovací informačný protokol

Tento protokol sa implementuje hlavne v sieťach LAN a WAN. Tu je klasifikovaný ako protokol vnútornej brány interný s využitím algoritmu vzdialenosť-vektor.

2). Smerovací protokol vnútornej brány

Tento protokol sa používa na smerovanie informácií interných do nezávislého systému. Hlavným cieľom tohto protokolu je zničiť obmedzenia protokolu RIP v komplikovaných sieťach. Spravuje dokonca rôzne metriky pre každú cestu spolu s konzistenciou, šírkou pásma a oneskorením načítania. Najväčší skok je 255 a smerovacie aktualizácie sa prenášajú rýchlosťou 90 sekúnd.

3). Najskôr otvorte najkratšiu cestu

Považuje sa za aktívny smerovací protokol, ktorý sa väčšinou používa v internetových protokoloch. Ide najmä o smerovací protokol stavu spojenia a prechádza do klasifikácie protokolu vnútornej brány.

4). Protokol vonkajšej brány

Najlepšie vybraný smerovací protokol pre internetovú aktivitu je protokol vonkajšej brány. V porovnaní s vektorovými protokolmi cesty a vzdialenosti má odlišný scenár. Tento protokol sleduje topológiu podobnú stromu.

5). Vylepšený interiérový smerovací protokol brány

Jedná sa o protokol smerovania vzdialenosť-vektor pri zlepšovaní optimalizácie znižujúci nestabilitu smerovania, ku ktorému dochádza po úprave topológie, okrem použitia šírky pásma a schopnosti spracovania. Optimalizácia vo všeobecnosti závisí od DUAL práce od SRI, ktorá zaisťuje proces bez slučiek a poskytuje priestor pre rýchle spojenie.

6). Protokol hraničnej brány

Tento protokol je zodpovedný za údržbu tabuľky sietí internetových protokolov, ktoré riadia schopnosť prístupu k sieti medzi AS. Toto je formulované vo forme protokolu vektora cesty. Tu nie sú implementované všeobecné metriky IGP, ale idú s rozhodnutiami v závislosti od cesty a sieťových pravidiel.

7). Medziproduktový systém medziproduktový systém

Toto väčšinou využívajú sieťové zariadenia, kde rozhoduje o najlepšej metóde prenosu datagramu a tento scenár sa označuje ako smerovanie.

Služby sieťovej vrstvy

Sieťová vrstva poskytuje služby, ktoré umožňujú koncovým zariadeniam výmenu informácií v sieti. Na dosiahnutie tohto cieľa využíva štyri procesy, z ktorých tie sú

• Adresovanie koncových zariadení
• Zapuzdrenie
• Smerovanie
• De-enkapsulácia

So všetkými smerovacími protokolmi, typmi, službami a inými rámcami predstavuje sieťová vrstva vynikajúcu podporu pre model OSI. Funkčnosť sieťovej vrstvy obsahuje každý smerovač. Najbežnejšie protokoly, ktoré sa týkajú sieťovej vrstvy, sú Internetový protokol a Netware IPX / SPX. Pretože sieťová vrstva bola implementovaná mnohými organizáciami, osvojte si hlbšie poznatky o tom, aké sú prístupy, s ktorými je sieťová vrstva spojená?