2020-10-10
284
В стандартной модели взаимодействия открытых систем (OSI) в функции сетевого уровня входит решение следующих задач:
1. Передача пакетов между конечными узлами в составных сетях.
2. Выбор маршрута передачи пакета наилучшего по некоторому критерию.
3. Согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в объединяемых сетях (подсетях) (при использовании стека TCP/IP – IP-подсетей), одной составной сети.
Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах-компьютерах, называемых хостами (host), а также на промежуточных узлах-маршрутизаторах, называемых шлюзами. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства (например, маршрутизаторы компании Cisco Systems, поставляющие более 80% маршрутизаторов, являющиеся основой интернета), так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением.
Создание сложной структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии (например, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI), в принципе может осуществляться и средствами канального уровня. Для этих целей могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов, имеющих порты для требуемых сетевых технологий (например, при объединении сети Fast Ethernet и Token Ring мост должен иметь два порта подключаемых сетевых технологий).
Как известно мосты и коммутаторы разделяют сеть на сегменты сети (подсети), локализуя трафик внутри сегмента, что делает линии связи, разделяемыми преимущественно между узлами данного сегмента сети. Таким образом, сеть распадается на отдельные подсети, из которых могут быть построены сети достаточно крупных размеров.
Подсеть (SubNetwork) – единая локальная сеть для обмена данными, между узлами которой используется одна и та же сетевая среда, кроме того узлы, входящие в состав одной подсети, могут напрямую обмениваться данными друг с другом. Иными словами любые два узла, принадлежащие одной и той же подсети, могут обмениваться данными, не прибегая к помощи маршрутизатора, моста или коммутатора. Подсеть – это наименьшее объединение узлов в рамках всей сети предприятия, например, в сетях Ethernet подсети называют коллизионными доменами, а в сетях Token Ring – кольцами.
Сеть (Network) – это несколько подсетей, объединенных при помощи мостов или коммутаторов. Ключевым свойством сети является то, что все входящие в ее состав узлы принадлежат одной и той же IP-подсети стека TCP/IP. Здесь не следует путать понятие подсеть какой-либо сетевой технологии (например, Ethernet-подсеть) и подсеть стека TCP/IP. Подсеть стека TCP/IP (IP-подсеть) – это множество узлов, которые могут напрямую обмениваться данными без использования маршрутизатора, без использования IP-адресации, содержащейся в заголовках пакетов, инкапсулированных (входящих) в состав поля данных кадра. Для обмена данными между узлами сети мост или коммутатор используют адресацию канального уровня – MAC-адресацию. Поскольку в разных средах передачи данных используется разная адресация канального уровня, мосты и коммутаторы, как правило, можно использовать только для объединения однотипных подсетей. Например, при помощи моста или коммутатора можно объединить в сеть две подсети Ethernet или две подсети Token Ring, но мост, как правило, нельзя использовать для объединения подсети Ethernet и подсети Token Ring. Таким образом, одна сеть может включать в себя подсети одного типа, в частности клиент подсети Ethernet не может напрямую соединиться с клиентом подсети Token Ring через мост. Чтобы организовать подобный обмен данных требуется более высокоуровневый протокол, в рамках которого предусматривается дополнительная схема адресации, например, IP-адресация. В качестве таких протоколов можно использовать, например, протокол IPX стека Novell (IPX/SPX), либо протокол IP стека TCP/IP.
Замечание: Как отмечалось выше, существуют специальные модели мостов или коммутаторов, которые обладают портами разных сетевых технологий, что позволяет сети этих технологий объединять в сеть на канальном уровне и для этого не требуется ни протокола IPX, ни протокол IP.
Составная сеть (InterNetwork) – это когда несколько сетей объединяются между собой при помощи маршрутизаторов. Маршрутизатор – это устройство, которое передает пакеты (в составе поля данных кадров) из одной сети в другую, и работает это устройство на сетевом уровне. Поскольку используется адресация сетевого уровня, маршрутизатор можно использовать для объединения нескольких сетей, использующих разные среды передачи данных. Главное здесь не различные среды передачи данных, а принадлежность объединяемых сетей различным IP-подсетям. С этой точки зрения, объединяемые сети могут быть и с одной сетевой технологией. Это объясняется тем, что только в этом случае протокол IP будет маршрутизировать передаваемые пакеты. Часто маршрутизаторы используют для объединения нескольких подсетей в единую интерсеть напрямую, не прибегая к образованию сетей. Таким образом, сетевой уровень выступает в качестве координатора, организующего работу всех сетей (подсетей), принадлежащих различным IP-подсетям, на пути продвижения пакета по интерсети (составной сети). Для перемещения данных в пределах IP-подсети (в пределах сети, подсети) сетевой уровень всегда обращается к используемым в этих подсетях технологиям. Многие технологии локальных сетей (Ethernet, Token Ring и т.д.) используют систему адресации узлов на основе MAC-адресов. Адреса, присвоенные узлам в соответствии с технологиями сетей (подсетей), называются локальными (физическими). Чтобы сетевой уровень мог выполнять свою задачу, ему требуется собственная система адресации, которая не зависит от способов адресации узлов в отдельных сетях (подсетях), и которая позволила бы однозначным способом идентифицировать любой узел составной сети (интерсети). Естественным способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех сетей (подсетей) составной сети и нумерация всех узлов в пределах каждой сети (подсети).
Замечание: коммутатор – это мост, который объединяет не две, а несколько подсетей, таким образом, коммутатор можно подключить одновременно к нескольким подсетям. В случае необходимости коммутатор передает кадр из одной подсети в другую подсеть в зависимости от состояния таблицы коммутации. При использовании коммутаторов в сетях Ethernet, Fast Ethernet, Gigabyte Ethernet и т.д. скорость передачи данных через сеть возрастает, поскольку при этом не возникает коллизий. Происходит это из-за того, что все узлы сети могут работать в полнодуплексном режиме, в котором не используется метод доступа к среде передачи данных CSMA/CD, характерный для подсетей указанных сетевых технологий.
