Сетевой уровень
Сетевой уровень занимает в модели OSI промежуточное положение: его услугами пользуются более высокие уровни, а для выполнения своих функций он использует канальный уровень. Сетевой уровень служит для работы в произвольных сетевых топологиях с сохранением простоты передачи пакета базовых топологий. Раньше взаимодействие неоднородных (по топологии) сетей обеспечивали с помощью прикладных программ. Например, некоторые системы электронной почты включали программы-отправители писем, которые передавали их по одному. Путь от отправителя до получателя пролегал через различные сети, но это не имело значения, если только системы электронной почты на всех машинах понимали друг друга. Использование прикладных программ для скрытия деталей реализации имело свои недостатки. Совершенствование таких систем приводило к необходимости обновления программ на всех машинах. Добавление нового сетевого оборудования также приводило к неизбежности модификации программ. Альтернативой программному взаимодействию являются системы, основанные на соединении сетевого уровня.
Канальный уровень не позволяет производить адресацию в сложных сетях. Поэтому при объединении сетей в кадры канального уровня добавляется заголовок сетевого уровня. Этот заголовок позволяет находить адресата в сети с любой топологией.
Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня сетей, входящих в объединенную сеть. Основное место в заголовке сетевого уровня отводится адресу получателя. При этом используется не МАС-адрес, а составной адрес — номер сети и номер абонента в данной сети. Такая адресация позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную схему связи и выбирать оптимальные маршруты при любой топологии. Помимо адреса, заголовок сетевого уровня может содержать дополнительную информацию, например, время жизни пакета в сети, информацию о связях между сетями, данные для фрагментации и сборки пакетов, информацию о загруженности сети, требования к качеству обслуживания и т. д.
Логическое соединение на сетевом уровне обеспечивает механизм доставки пакетов от отправителя к получателю в масштабе времени, определяемом используемым сетевым протоколом. При этом различные сетевые протоколы могут вносить различные технологические задержки в передачу данных.
Ключевым понятием сетевого уровня является понятие абстрактной коммутационной системы или межсетевого обмена. Коммутация при передаче маленьких блоков, а не файлов или больших сообщений, имеет ряд преимуществ. Во-первых, она напрямую отображается в базовое сетевое оборудование, что делает ее очень эффективной. Во-вторых, она разделяет процессы передачи данных от прикладных программ, позволяя компьютерам обрабатывать сетевой трафик, не зная, какие приложения передают его. В-третьих, она делает систему гибкой, поддерживая сетевые протоколы общего назначения. В-четвертых, она позволяет администраторам сетей вводить новые сетевые технологии, модифицируя только программное обеспечение сетевого уровня, не внося при этом никаких изменений в прикладные программы. Логика объединенной сети отделяет сетевое взаимодействие от деталей сетевых технологий и скрывает низкоуровневые подробности от пользователя. Она определяет проектирование программ и физическую адресацию и маршрутизацию.
Существуют два метода назначения сетевого адреса:
В первом методе сетевой и канальный адреса не совпадают, что обеспечивает гибкость за счет независимости от формата адреса канального уровня. Недостатком метода является необходимость повторной нумерации станций в сети, причем чаще всего это приходится делать вручную. Данный метод нашел применение в сетях, построенных на базе протокола IP;
Во втором методе на сетевом уровне используется адрес канального уровня. Это избавляет администратора от присваивания адресов вручную и установления соответствия между сетевыми и канальными адресами одного и того же абонента в сети. Однако этот метод приводит к сложностям интерпретации адреса узла в сетях с разными форматами адресов. Метод нашел применение в сетях, построенных на базе протокола IPX.
Сетевой уровень позволяет соединяться двум системам, подключенным к разным сетям. Он же отвечает за выбор маршрута соединения. Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи данных. Сетевой уровень предоставляет средства:
доставки пакетов в сетях с произвольной топологией;
структуризации сети методом локализации широковещательного трафика;
согласования канальных уровней.
Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Маршрутизатор — это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Для того чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество переходов между сетями, каждый раз, выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.
Выбор маршрута называется маршрутизацией — она и является главной задачей сетевого уровня. Задача осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием выбора является время передачи данных по маршруту; оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может изменяться со временем. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются учесть изменение нагрузки, в то время как другие принимают решения на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, например, по надежности передачи.
На сетевом уровне действуют два вида протоколов. Первый относится к определению правил передачи пакетов от конечных узлов к маршрутизаторам и между маршрутизаторами. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда, говорят о протоколах сетевого уровня. Однако часто к сетевому уровню относят и другие протоколы, называемые протоколами обмена информацией о маршрутах. С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений.
Протоколы сетевого уровня реализуются драйверами операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов. Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX Novell.
В технологии ATM сетевому уровню модели OSI соответствует уровень адаптации ATM. Уровень адаптации состоит из двух подуровней: подуровня схождения (Convergence Sublayer, CS) и подуровня сегментации и сборки (Segmentation and Reassemble Sublayer, SAR) (рис. 4.5). Основной функцией подуровня сегментации и сборки является «нарезка» блоков пользовательских данных, поступающих с более высоких уровней, на 48-байтные информационные поля ячеек ATM (на передающей стороне) и выделение информации из поступающих ячеек (на принимающей стороне). Подуровень схождения выполняет функции обеспечения транспортировки данных.
CS-подуровень
|
SAR-подуровень |
Рис. 4.5. Подуровни уровня адаптации ATM
Рассмотренные физический, канальный и сетевой уровни модели OSI являются обязательными практически для всех технологий. Именно на этих уровнях формируются информационные потоки, происходит коммутация и маршрутизация по сетям и осуществляется доставка данных получателю. В связи с тем, что многие технологии разрабатывались параллельно с принятием эталонной модели OSI, названия и назначения их подуровней менялись для согласования с этой моделью. Таблица 4.5 показывает соответствие трех нижних уровней различных современных технологий уровням эталонной модели OSI.
Таблица 4.5. Соответствие уровням модели OSI
Уровни OSI
| Уровни IEEE
| Уровни Х.25
| Уровни 802.Х
| Уровни Frame Relay
| Уровни FDDI
| Уровни ATM
| ||||
Сетевой
|
| PLP
| 802.1
| Q.933 (SVC)
| IEEE 802.2 LLC/MAC
| SMT
| AAL
| |||
Канальный
| LCC/ MAC
| LAP-В
| 802.1
| LAP-F
| PHY
|
| Уровень ATM
| |||
Физический
| Физический
| Х.21, X.21bis
| 802.3
| 802.4
| 802.5
| 802.6
| BRI и PRI
| PMD
|
| Физический
|
- Максим Кульгин Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия
- Часть I основы корпоративных сетей.
- 1. Базовые сетевые технологии
- Соединения и каналы
- Технологии b-isdn и atm
- Технология Frame Relay
- Технология isdn
- Плезиохронная и синхронная цифровые иерархии
- Технология sonet
- Технология smds
- Технология Ethernet
- Дальнейшее развитие технологии Ethernet
- Технология 100vg-AnyLan
- 2. Методология построения корпоративной сети
- Сравнение современных технологий передачи данных
- Требования к сети
- Архитектура сети
- Магистраль на базе коммутации ячеек
- Маршрутизация
- Коммутация
- Выделение маршрутов
- Сетевые шаблоны
- Сетевой шаблон глобальной сети
- Сетевой шаблон городской сети
- Шаблон городской сети с технологией sonet/sdh
- Шаблон городской сети с передачей atm поверх sonet/sdh
- Шаблон городской сети, как расширенной локальной сети
- Сетевой шаблон центрального офиса
- Реализация доступа и магистрали
- Критерии выбора технологии
- 3. Качество обслуживания в современных сетях
- Характеристики трафика
- Трафик разных приложений
- Качество обслуживания «на самоокупаемости»
- Обзор технологий качества обслуживания
- Обеспечение перекрывающей пропускной способности
- Приоритетные очереди в маршрутизаторах
- Протокол резервирования ресурсов
- Установление приоритетов в виртуальных сетях
- Качество обслуживания в сетях Frame Relay
- Качество обслуживания в сетях atm
- Рекомендации
- 4. Модель и уровни osi
- Эталонная модель osi
- Протоколы и интерфейсы
- Уровни модели osi Физический уровень
- Канальный уровень
- Сетевой уровень
- Транспортный уровень
- Сеансовый уровень
- Уровень представления
- Прикладной уровень
- Назначение уровней модели osi
- 5. Основные типы сетевых устройств
- Витая пара
- Коаксиальный кабель
- Оптоволоконный кабель
- Сетевые адаптеры
- Концентраторы
- Коммутаторы
- Коммутация «на лету»
- Коммутация с буферизацией
- Бесфрагментная коммутация
- Дополнительные функции коммутаторов
- Протокол stp
- Протокол stp и виртуальные сети
- Протокол stp: заключение
- Маршрутизаторы
- Брандмауэры
- Часть II стек протоколов тср/ip
- 6. Ip и другие протоколы нижнего уровня
- Протокол ip
- Протокол arp
- Протокол 1смр
- Протокол udp
- Протокол rtp
- Адресная схема протокола ip
- 7. Протокол tcp
- Формат заголовка
- Состояние системы
- Блок управления передачей
- Установление и закрытие соединений
- Плавающее окно
- Пропускная способность
- Контроль за перегрузками
- Управление потоком данных
- Политики отправки и приема сегментов
- Таймер повторной передачи
- Адаптивный таймер повторной передачи
- Узкие места в сети
- Протокол tcp в сетях atm
- 8. Маршрутицазия протокола ip
- Автономные системы
- Подсети
- Маска подсети
- Протокол rip
- Маска подсети переменной длины
- 9. Протоколы маршрутизации Протокол ospf
- Протоколы igrp и eigrp
- Протоколы политики маршрутизации egp и bgp
- Протокол igmp
- Алгоритмы построения дерева доставки
- Магистраль mbone
- Протоколы групповой маршрутизации Протокол dvmrp
- Протокол mospf
- Протокол рiм
- Бесклассовая междоменная маршрутизация
- Часть III Технология atm
- 10. Введение в технологию атм
- Появление atm
- Форум atm
- Основные компоненты atm
- Уровни atm
- Уровень адаптации atm
- Уровень atm
- Физический уровень
- Прямая передача ячеек
- Использование транспортных кадров
- Использование plcp
- Интерфейсы atm
- Мультиплексирование в сетях atm
- Инверсное мультиплексирование
- Безопасность в сетях atm
- Сигнализация atm
- 11. Основы технологии атм Соединения atm
- Сети без установления соединения
- Сети с установлением соединения
- Виртуальные соединения в сетях atm
- Типы виртуальных соединений
- Виртуальные пути и виртуальные каналы
- Установление соединений atm
- Ячейки atm
- Сети с передачей ячеек
- Формат ячеек atm
- Ячейки формата uni
- Ячейки формата nn1
- Подготовка ячеек к передаче
- Уровень адаптации aal1
- Уровень адаптации aal3/4
- Уровень адаптации aal5
- Адресация atm
- Адрес dcc aesa
- Адреса icd и е.164 aesa
- Управление адресами
- 12. Коммутация и маршрутизация в атм Коммутаторы atm
- Архитектура коммутаторов atm
- Интеграционные функции коммутаторов
- Управляемость
- Маршрутизация в atm
- Протокол маршрутизации запросов pnni
- Протокол сигнализации pnni
- Качество обслуживания
- Протокол tcp
- Протокол udp
- Резервирование ресурсов и протоколы управления потоком данных
- Организация очередей в маршрутизаторе
- Метод явного контроля скорости
- 14. Интегрированные и дифференцированные услуги Качество обслуживания
- Интегрированные услуги
- Сервисные уровни обслуживания
- Сервисное управление нагрузкой
- Гарантируемое обслуживание
- Протокол резервирования ресурсов rsvp
- Стили резервирования
- Развитие сетей с is
- Дифференцированные услуги
- Архитектура системы с предоставлением ds
- Граничные устройства домена ds
- Внутренние устройства домена ds
- Выходные домены
- Использование протокола rsvp в сетях с ds
- 15. Управление трафиком в атм
- Трафик-контракт
- Параметры трафика
- Категории сервиса
- Связь механизмов управления трафиком
- Контроль за установлением соединения
- Контроль за использованием полосы пропускания
- Формирование трафика
- Контроль потока abr
- Контроль приоритетов
- Организация очередей в коммутаторах
- Реализация очередей для службы ubr
- Реализация очередей для службы abr
- Методы отбрасывания пакетов
- Адаптивное управление буферами в коммутаторах
- 16. Интеграция с атм
- Протокол ip поверх atm
- Передача ip-Дейтаграмм по сети atm
- Взаимодействие устройств в одной логической подсети
- Групповая доставка информации в сети atm
- Взаимодействие устройств в разных логических подсетях
- Протокол nhrp
- Оценка потерь при работе протокола ip поверх atm
- Передача ip-дейтаграмм в кадрах sonet
- Технология эмуляции локальной сети — lane
- Концепция lane
- Технология мроа
- Клиент мроа
- Сервер мроа
- Взаимодействие технологий мроа и nhrp
- Масштабируемость в глобальных сетях
- Технология Tag Switching фирмы Cisco
- Технология aris фирмы ibm
- Технология mpls комитета ietf
- Перспективные разработки. Рекомендации
- Взаимодействие технологий atm и Frame Relay
- 17. Интеграция маршрутизации и коммуникации
- Общие вопросы выбора технологий
- Коммутирующие маршрутизаторы
- Коммутация третьего уровня в atm
- Технологии фирм Ipsilon и Toshiba
- Технология FastIp фирмы 3Com
- Технология NetFlow фирмы Cisco
- Технология SecureFast фирмы Cabletron
- Технология Multiprotocol Switched Services фирмы ibm
- 18. Мультимедиа в сети
- Передача видеоинформации
- Технические требования к передаче видеоинформации в сетях atm
- Некоторые рекомендации по созданию сетей atm с видео
- Передача голоса
- Часть V Приложения
- 1. Стандарты стека протоколов tcp/ip
- 2. Порты протоколов tcp и udp
- 3. Выделение ip - подсетей
- 4. Теория очередей и расчет параметров сети
- 5. Организации по стандартизации
- 6 Список фирм - членов Форума атм
- 7. Спецификации Форума атм
- 8. Список терминов
- 9. Список литературы Основная литература
- Дополнительная литература Технология atm и протокол ip поверх atm
- Технология качества обслуживания
- Система ip-адресаиии
- Некоторые ресурсы Internet
- Алфавитный указатель
- Оглавление
- Часть I 3
- Часть II 109
- Часть III Технология atm 207
- Часть IV 269
- Часть V Приложения 402