Сетевой уровень

Сетевой уровень контролирует работу подсети. Он определяет, по какому физическому пути передаются данные в зависимости от загруженности сети, приоритет обслуживания потоков и других факторов. Сетевой уровень отвечает за следующие функции.

· Передачу дейтаграмм маршрутизатору, если адрес сети назначения не указывает на сеть, к которой подключен компьютер.

· Контроль трафика в подсети, чтобы передающая станция не посылала свои дейтаграммы на маршрутизатор, буфер которого полностью заполнен.

· Фрагментацию дейтаграмм маршрутизатором.

· Разрешение логического адреса компьютера (на сетевом уровне) с использованием физического адреса сетевого адаптера (на канальном уровне), если есть необходимость.

Заголовок протокола сетевого уровня, как и заголовок протокола Канального уровня, содержит поля с адресами исходной и целевой систем. Однако в данном случае адрес целевой системы принадлежит конечному назначению пакета и может отличаться от адреса получателя в заголовке протокола Канального уровня. Например, в IP протоколе используется собственная система адресации, которая совершенно не зависит от адресов Канального уровня. Каждому компьютеру в сети с протоколом IP вручную или автоматически назначается 32-битовый IP-адрес, идентифицирующий как сам компьютер, так и сеть, в которой он находится.

Маршрутизацией (routing) называется процесс выбора в интерсети самого эффективного маршрута для передачи дейтаграмм от системы-отправителя к системе-получателю. В сложных интерсетях, например, в Интернете или больших корпоративных сетях, часто от одного компьютера к другому можно добраться несколькими путями. Сетевой уровень определяет два типа компьютеров, которые могут быть вовлечены в процесс пересылки пакетов:конечные системы и промежуточные системы.

Конечная система - это всегда либо компьютер, создавший и отправивший пакет, либо компьютер, которому пакет предназначен. Промежуточная система - это маршрутизатор либо коммутатор, который соединяет две или более сети, и перенаправляет пакеты по пути, ведущему к месту их назначения. В конечных системах все семь уровней стека протоколов вовлечены в создание или получение пакетов. Промежуточные системы обрабатывают пакеты и передают их вверх по стеку только до Сетевого уровня (рис. 11).

Рис. 11. В промежуточных системах пакет достигает только сетевого уровня

Когда промежуточная система получает пакет, протокол Канального уровня проверяет его на наличие ошибок и корректность аппаратного адреса, а затем отбрасывает заголовок и постинформацию своего уровня, после чего пакет передается протоколу Сетевого уровня. Протокол Сетевого уровня считывает из заголовка адрес системы-получателя и определяет, каким должен быть адрес следующего пункта назначения. Если пунктом назначения является рабочая станция, расположенная в локальной сети, то промежуточная система отправляет пакет прямо ей. Если пункт назначения расположен в удаленной сети, то промежуточная система обращается к таблице маршрутов, чтобы выбрать маршрутизатор, который обеспечит прохождение пакета к месту назначения по наиболее эффективному маршруту. Определив следующее место назначения пакета, протокол Сетевого уровня возвращает эту информацию вместе с дейтаграммой протоколу Канального уровня с той целью, чтобы она была заключена в новый кадр и передана далее.

Вследствие того, что маршрутизаторы могут соединять сети, использующие различные протоколы Канального уровня, иногда могут понадобиться промежуточные системы, разбивающие дейтаграммы на фрагменты, удовлетворяющие примененному протоколу. Например, если рабочая станция, расположенная в сети Token Ring, формирует пакеты длительностью 4500 байт данных, то промежуточная система, соединяющая сеть Token Ring с сетью Ethernet, должна разбивать их на фрагменты размером не более чем 1500 байт. Это связано с тем, что кадр сети Ethernet не может переносить большее количество данных. После разбиения каждый фрагмент становится самостоятельным пакетом и продолжает путь к целевой системе сетевого уровня. Исходная дейтаграмма формируется лишь после того, как места назначения достигнут все фрагменты.

Выделяются два типа протоколов, функционирующих на Сетевом и Транспортном уровнях: с установлением соединения и без установления соединения. В случае использования протокола с установлением соединения (connection-oriented), прежде чем будут переданы данные вышележащего уровня, должна быть установлена логическая связь между системой-отправителем и системой-получателем. После того как соединение установлено, система-отправитель передает данные, а система-получатель подтверждает их прием. Отсутствие соответствующего подтверждения приема рассматривается системой-отправителем как сигнал для повторной передачи пакетов. Когда передача данных успешно завершена, системы разрывают соединение. Использование данного типа протокола дает системе, отправляющей данные, уверенность в том, что данные успешно доставлены в место их назначения.

Протокол без установления соединения (connectionless protocol) просто упаковывает данные и посылает их по адресу назначения без проверки того, что система-получатель доступна, и ожидания подтверждения приема данных. В большинстве случаев протоколы без установления соединения используются, когда гарантия доставки и другие сервисы, присущие протоколу с установлением соединения, обеспечиваются другим уровнем стека. Эти дополнительные сервисы могут включать управление потоком данных, выявление и коррекцию ошибок.