1. Режим обучения (Learning mode):

• Коммутатор заполняет таблицу MAC-адресов на основе поступающих кадров

• Кадры с неизвестным адресом назначения отправляются на все порты (flooding)

2. Режим коммутации (Switching mode):

• Известные адреса отправляются на конкретный порт

• Коммизиономные кадры могут передаваться параллельно на разные порты (если коммутатор поддерживает одновременную коммутацию)

3. Режим flooding (затопление):

• Кадры с неизвестным MAC-адресом назначения отправляются на все порты кроме входящего

• Используется также для broadcast и multicast кадров

Практический пример: типичная локальная сеть

text

┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐

│ Узел A │ │ Узел Б │ │ Узел В │

│MAC:AA:AA:AA │ │MAC:BB:BB:BB │ │MAC:CC:CC:CC │

└──────┬──────┘ └──────┬──────┘ └──────┬──────┘

│ (Порт 1) │ (Порт 2) │ (Порт 3)

└─────────────────────┬┴─────────────────────┘

│

┌────┴─────┐

│ Коммутатор

│ L2 │

│ (Switch) │

└───────────┘

│

┌────────┴────────┐

│ │

┌─────▼──────┐ ┌────▼──────┐

│ Маршрутизатор │Интернет

│ (L3) │

│ (Router) │

└────────────── └──────────┘

Сценарий: Узел A отправляет кадр Узлу Б

→ Коммутатор смотрит MAC-адрес Б на кадре

→ В таблице коммутации: BB:BB:BB находится на Порту 2

→ Кадр отправляется ТОЛЬКО на Порт 2 (к Узлу Б)

→ Узел В не получает этот трафик ✓ (экономия полосы)

Вопрос 12. Функции и особенности сетевого уровня эм вос. Разновидности протоколов сетевого уровня

Определение сетевого уровня

Сетевой уровень (Network Layer, L3) — это третий уровень модели OSI, который отвечает за маршрутизацию пакетов данных между различными сетями, обеспечивая передачу информации от источника к получателю через потенциально многие промежуточные узлы (маршрутизаторы).habr+1​

Если канальный уровень работает в пределах одной локальной сети, то сетевой уровень позволяет объединять разные сети в глобальную систему (Интернет).

Основные функции сетевого уровня

1. Маршрутизация (Routing)ittelo+2​

Определение оптимального пути передачи пакетов от источника к получателю через промежуточные маршрутизаторы.

Процесс маршрутизации:habr​

• На локальном уровне: компьютер сравнивает IP-адрес назначения со своей маской подсети

  • Если сервер в той же локальной сети → отправляет напрямую (используя MAC-адрес через ARP)

  • Если сервер в другой сети → отправляет на маршрут по умолчанию (default gateway)

• На уровне маршрутизаторов: каждый маршрутизатор смотрит в таблицу маршрутизации и направляет пакет на следующий маршрутизатор (next hop)

• На целевом узле: пакет доставлен

Таблица маршрутизации содержит:

• Адрес сети назначения (destination network)

• Маска сети (subnet mask)

• Адрес следующего маршрутизатора (next hop)

• Интерфейс отправки (outgoing interface)

• Метрика маршрута (cost/metric) — качество маршрута

2. Логическая адресация (Logical Addressing)mindsw+2​

Использование IP-адресов для идентификации узлов в сети, в отличие от физических MAC-адресов на канальном уровне.

Характеристики IP-адресов:habr​

• IPv4: 32-битные адреса (например, 192.168.1.1)

  • Разделены на классы: A (0-127), B (128-191), C (192-223), D (224-239 — multicast), E (240-255 — зарезервированы)

  • Используются маски подсетей для логического разделения

  • Адресное пространство исчерпывается (~4.3 млрд адресов)

• IPv6: 128-битные адреса (например, 2001:db8::1)

  • Огромное адресное пространство (~340 триллионов триллионов адресов)

  • Улучшенная структура и иерархия адресации

  • Встроенные функции безопасности и мобильности

3. Фрагментация и сборка пакетов (Fragmentation and Reassembly)sky+1​

Разбиение больших пакетов на меньшие для передачи через сети с ограниченным MTU (Maximum Transmission Unit), затем сборка на целевом узле.

Процесс:mindsw​

• Каждый канал имеет максимальный размер кадра (MTU): обычно 1500 байт для Ethernet

• Если IP-пакет больше MTU, он разбивается на фрагменты

• Каждый фрагмент имеет:

  • Идентификатор (для группировки фрагментов)

  • Смещение (offset) — позиция в исходном пакете

  • Флаг "More Fragments" (ещё есть фрагменты)

• На целевом узле фрагменты собираются в исходный пакет

4. Контроль перегрузок (Congestion Control)ittelo+1​

Управление потоком трафика для предотвращения перегрузки узлов и каналов сети.

Механизмы:sky​

• Отслеживание загруженности каналов и маршрутизаторов

• Выбор альтернативных маршрутов при перегрузке

• Информирование источников об условиях в сети

• Использование протокола ICMP Source Quench для уведомления об избыточной нагрузке

5. Преобразование логических адресов в физические (ARP)ittelo+1​

Преобразование IP-адреса в MAC-адрес для доставки в локальной сети.

Протокол ARP (Address Resolution Protocol):

• Когда узел нужно отправить пакет соседу по LAN, он знает IP-адрес

• Но для доставки кадра нужен MAC-адрес соседа

• ARP отправляет запрос: "Кто имеет IP-адрес X.X.X.X?"

• Узел с этим адресом отвечает своим MAC-адресом

• Полученная пара (IP → MAC) кэшируется в ARP-таблице

Единица данных сетевого уровня

Единица данных (PDU): ПАКЕТ (Packet) или дейтаграмма (datagram)

Структура IP-пакета (IPv4):

text

┌──────────┬──────┬────────────┬────────┬────────┬──────┬───────────┬──────────────┐

│Version │IHL │DSCP │ECN │Total │Ident. │Flags │Fragment │TTL │Protocol│

│(4) │(4) │(6) │(2) │Length │ │ │Offset │(8) │(8) │

│4 бита │4 бита│6 бит │2 бит│16 бит │16 бит │3 бит │13 бит │8 бит │8 бит │

├──────────┴──────┴────────────┴────────┴────────┴──────┴───────────┴──────┴───────┤

│Header Checksum (16 бит) — контрольная сумма заголовка │

├────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│IP адрес источника (Source IP) — 32 бита (192.168.1.10) │

├────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│IP адрес назначения (Destination IP) — 32 бита (8.8.8.8) │

├────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│Options (если есть) — переменный размер │

├────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┤

│Payload (полезные данные) — TCP сегмент, UDP датаграмма и т.д. (до 1480 байт) │

└────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Ключевые поля:

• TTL (Time To Live) — счётчик переходов через маршрутизаторы; декрементируется каждым маршрутизатором

• Protocol — тип протокола верхнего уровня (6 для TCP, 17 для UDP, 1 для ICMP)

Разновидности протоколов сетевого уровня

Протоколы сетевого уровня разделяют на три основные группы:bsut+1​