Сетевой уровень как средство построения составных сетей.
В стандартной модели взаимодействия открытых систем в функции сетевого уровня взаимодействия входят следующие задачи:
1) передача пакета между конечными узлами в составных сетях.
2) выбор маршрута передачи данных по некоторому пути.
3) согласование разных протоколов передачи данных используемых в отдельных подсетях одной составной сети.
Протоколы сетевого уровня в обязательном порядке реализуются в виде программных модулей и выполняются в конечных узлах, а так же в промежуточных узлах, которые будем называть маршрутизаторами.
Ограничения мостов и коммутаторов
В принципе создание достаточно сложной структурированной сети, которая даже может быть построена на базе различных сетевых технологий (Ethernet, TokenRing и т.д.) может быть выполнена с использованием мостов и коммутаторов, однако в этом случае имеется ряд негативных моментов:
1) все данные будут передаваться по одному и тому же маршруту, даже при наличии резервных связей.
2) отдельные логические сегменты сети, построенные на базе коммутаторов, слабо изолированы друг от друга, то есть если в одном сегменте возник широковещательный шторм, то данная проблема распространяется на все сегменты. Коммутатор не в состоянии с ним справится.
3) в сетях построенных на базе коммутаторов сложно решается задача управления трафиком (задание фильтров).
4) в сетях организованных на базе мостов и коммутаторов имеем одноуровневую систему адресации.
5) некоторые коммутаторы обеспечивают возможность трансляции протоколов уровня канала передачи данных, но их возможности значительно ограничены.
Понятие составной сети
Составная сеть - совокупность нескольких сетей в общем случае с различной сетевой технологией. Сети, входящие в составную сеть будем называть подсетями. Подсети объединяются друг с другом с помощью маршрутизаторов. В общем случае компонентами составной сети могут быть как локальные компоненты, так и глобальные. Внутренняя структура каждой подсети в данном случае не рассматривается. Учитывается только то, что все узлы в пределах одной подсети используют единую сетевую технологию, следовательно, внутри подсети данной технологии достаточно идля организации взаимодействия между узлами, а между подсетями взаимодействие организует сетевой уровень.
Чтобы сетевой уровень мог выполнить свою задачу, ему необходима собственная система адресации, независящая от способов адресации отдельных узлов внутри подсетей и которая бы позволила универсальным и однозначным образом идентифицировать любой узел в составной сети.
Естественным способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех подсетей составной сети и нумерация всех узлов в пределах каждой подсети.
В качестве номера узла может выступать либо локальный адрес этого узла – MAC-адрес, что реализовано в протоколе IPX, либо некоторое число, никак не связанное с локальной технологией и которое однозначно идентифицирует узел в пределах подсети. В первом случае сетевой адрес становится зависимым от локальной технологии, что ограничивает его применение. Второй подход более универсальный, он был реализован в стеке протоколов TCP/IP и является одной из причин, почему он стал доминировать над стеком протоколов SPX/IPX.
Данные, которые поступают на сетевой уровень и которые, необходимо передать через составную сеть снабжаются заголовком сетевого уровня, образуя сетевой пакет. Заголовок сетевого пакета имеет унифицированный формат, который не зависит от формата кадра уровня канала передачи тех сетей, которые входят в составную сеть.
При передаче пакета из одной подсети в другую пакет сетевого уровня инкапсулированный в прибывший кадр уровня канала передачи данных первой подсети, освобождается от заголовков этого кадра и окружается заголовком кадром уровня передачи данных следующей подсети. Информации на основе, которой делается эта замена, являются служебные поля сетевого заголовка. В поле MAC-адреса назначения вновь сформированного кадра указывается MAC-адрес порта следующего маршрутизатора или MAC-адрес конечного узла, если он располагается в данной подсети.
Кроме номера сети заголовок сетевого уровня содержит ряд других полей, среди которых можно выделить:
1) время жизни пакета (это есть и в IPX и в IP время жизни принята равной 15-ти пройденным маршрутизаторам).
2) номер фрагмента пакета.
3) часто указывается качество услуги или критерий выбора маршрута.