Warstwa sieciowa: rodzaje i problemy projektowe

W zakresie całej informatyki podejście Sieć Warstwa pomaga poznać zawiłe interakcje sieciowe. Pojawia się wiele warstw sieciowych, ale jednym dobrze znanym modelem jest podejście OSI z 7 warstwami. Model OSI (Open System Interconnection) zapewnia jasny obraz transmisji danych za pośrednictwem standardowych protokołów. Ale co dokładnie wykonuje te siedem warstw? W tej strukturze sieciowej niższe warstwy (1-4) pracują głównie nad transmisją danych, a wyższe warstwy (5-7) obsługują dane na poziomie aplikacji. Każda warstwa ma przypisane odpowiednie zadania, a następnie przekazuje informacje do następnej warstwy. W tym artykule zajmiemy się koncepcją warstwy sieciowej, funkcjonalności, zagadnień, protokoły , I usług.

Co to jest warstwa sieciowa?

Za zarządzanie odpowiada warstwa sieciowa podsieć wydajność. Ta warstwa jest bardziej skoncentrowana na kontrolowaniu operacji transmisji danych, technologii routingu i przełączania, przekazywaniu i sekwencjonowaniu pakietów, obsłudze błędów, tworzeniu tras logicznych i kontroli przeciążenia.

Rodzaje warstw sieciowych

Współpraca wszystkich siedmiu warstw w modelu sieciowym OSI sprawia, że ​​jest to podejście najczęściej wdrażane we wszystkich aplikacjach.

Podejście OSI

Poniższa sesja opisuje funkcjonalność każdej warstwy:

1). Warstwa aplikacji

Utrzymuje wszystkie interakcje między człowiekiem a komputerem oraz umożliwia dostęp aplikacji do działań sieciowych. Oznacza to, że warstwa aplikacji oferuje usługi związane z takimi czynnościami, jak poczta e-mail, oprogramowanie sieciowe i transmisje plików. W modelu OSI warstwa ta ma protokoły komunikacyjne i podejścia do interfejsów wykorzystywane do komunikacji między procesami za pośrednictwem protokołu IP. Ta warstwa po prostu standaryzuje komunikację i opiera się na poniższej warstwie transportowej w celu administrowania wymianą informacji i ustanawiania tras przesyłania danych między hostami.

2). Warstwa prezentacji

Tutaj informacje są utrzymywane w użytecznym formacie i tutaj pojawia się funkcjonalność danych szyfrowanie . Warstwa prezentacji działa w celu przesyłania informacji w modelu, które akceptuje warstwa aplikacji. W kilku przypadkach ta warstwa jest nazywana warstwą składni. Ta warstwa zapewnia, że ​​dane dostarczane przez warstwę aplikacji w jednym systemie są odczytywalne przez warstwę aplikacji drugiego systemu.

3). Warstwa sesji

Pracuje nad funkcjonalnością połączeń i odpowiada za zarządzanie różnymi sesjami i portami. Warstwa sesji służy do koordynowania i kończenia rozmów, dyskusji między aplikacjami i wymianami.

4). Warstwa transportowa

Warstwa ta realizuje transmisję danych za pośrednictwem protokołów składających się z UDP i TCP. Przekazuje informacje między hostami i systemami końcowymi. Zarządza kompleksowym odzyskiwaniem błędów i regulacją przepływu. Warstwa transportowa zapewnia usługi takie jak zarządzanie przepływem, multipleksowanie, komunikacja zorientowana na połączenie, a nawet zarządzanie spójnością. Warstwa ta odpowiada za dostarczanie informacji do konkretnego procesu aplikacji za pośrednictwem komputerów hostów. Posiada również multipleksowanie statystyczne, w tym segmentację danych, dodawanie identyfikatorów portu źródłowego i docelowego w nagłówku warstwy transportowej.

5). Warstwa sieci

Decyduje o adresie fizycznej ścieżki, którą informacje mają być przesłane. Ta warstwa jest bardziej skoncentrowana na kontrolowaniu operacji transmisji danych, technologii routingu i przełączania, przekazywaniu pakietów i sekwencjonowaniu, obsłudze błędów, adresowaniu tworzenia tras logicznych i kontroli przeciążenia.

6). Warstwa łącza danych

Ta warstwa działa na operacjach szyfrowania i deszyfrowania pakietów danych. Dostarcza informacji dotyczących protokołu transmisji i kontroluje błędy występujące w warstwie fizycznej, regulację przepływu i synchronizację ramek. Warstwa ta zapewnia usługi, takie jak ramkowanie pakietów danych, synchronizacja ramek, adresowanie fizyczne, przełączanie typu „store and forward” i wiele innych.

7). Warstwa fizyczna

Przesyła surowe informacje przez fizyczny nośnik. Warstwa fizyczna zapewnia mechaniczny, proceduralny i elektryczny interfejs dla medium transmisyjnego. Opisuje nawet częstotliwości nadawania, właściwości złączy elektrycznych i inne czynniki niskiego poziomu.

Funkcje warstwy sieciowej

Wyjaśnijmy powyższe terminologie, które wykonuje warstwa sieci:

• Adresowanie - Utrzymuje adresy źródłowe i docelowe w nagłówku ramki. Warstwa sieciowa wykonuje adresowanie, aby znaleźć określone urządzenia w sieci.
• Pakowanie - Warstwa sieciowa działa na konwersję pakietów otrzymanych z jej wyższej warstwy. Ta funkcja jest realizowana przez protokół internetowy (IP).
• Wytyczanie - Będąc uważaną za główną funkcjonalność, warstwa sieciowa wybiera najlepszą ścieżkę transmisji danych z punktu źródłowego do miejsca docelowego.
• Internetworking - Praca międzysieciowa zapewnia logiczne połączenie na wielu urządzeniach.

Problemy z projektowaniem warstwy sieci

W warstwie sieciowej pojawiają się pewne problemy projektowe, które można opisać poniżej:

1). Przełączanie pakietów Store-and-Forward

Tutaj najważniejszymi elementami są sprzęt operatora (połączenie między routerami poprzez linie transmisyjne) oraz sprzęt klienta.

przełączanie pakietów typu „store and forward”

• H1 ma bezpośrednie połączenie z routerem nośnika „A”, podczas gdy H2 jest podłączony do routera nośnego „F” w połączeniu LAN.
• Jeden z routerów przewoźnika „F” jest skierowany na zewnątrz sprzętu przewoźnika, ponieważ nie wchodzi w zakres przewoźnika, ale jest traktowany jako protokoły, oprogramowanie i konstrukcja.
• Ta sieć przełączająca działa tak, jak Transmisja danych ma miejsce, gdy host (H1) z pakietem przesyła go do pobliskiego routera przez LAN (lub) połączenie punkt-punkt z przewoźnikiem. Przewoźnik przechowuje pakiet, dopóki nie nadejdzie w całości, w ten sposób potwierdza sumę kontrolną.
• Następnie pakiet jest przesyłany ścieżką, aż do osiągnięcia H2.

2). Usługi świadczone na rzecz warstwy transportowej

Poprzez interfejs sieci / warstwy transportowej warstwa sieci dostarcza swoje usługi do warstwy transportowej. Można spotkać się z pytaniem, jakiego rodzaju usługi zapewnia warstwa sieciowa?

Więc przejdziemy z tym samym zapytaniem i dowiemy się, jakie usługi są oferowane.

Usługi oferowane przez warstwę sieciową są nakreślone z uwzględnieniem kilku celów. To są:

• Oferowanie usług nie może zależeć od technologii routera
• Warstwa transportowa musi być chroniona przed typem, liczbą i topologią dostępnych routerów.
• Sieć adresująca warstwę transportową musi być zgodna ze spójnym scenariuszem numeracji również na połączeniach LAN i WAN.

Uwaga: Następnie pojawia się scenariusz zorientowany na połączenie lub bezpołączeniowy

W tym przypadku możliwe są dwa grupowania w oparciu o oferowane usługi.

Bez połączenia - Tutaj trasowanie i wstawianie pakietów do podsieci odbywa się indywidualnie. Nie jest wymagana żadna dodatkowa konfiguracja

Zorientowane połączenie - Podsieć musi oferować niezawodne usługi, a wszystkie pakiety są przesyłane jedną trasą.

3). Implementacja usługi bezpołączeniowej

W tym scenariuszu pakiety są określane jako datagramy, a odpowiadająca im podsieć jest określana jako podsieć datagramów. Routing w podsieci datagramów wygląda następująco:

podsieć datagramów

tabela prawdy

Gdy rozmiar wiadomości, który ma być przesłany, jest 4 razy większy niż rozmiar pakietu, wówczas warstwa sieciowa dzieli się na 4 pakiety, a następnie przesyła każdy pakiet do routera „A” za pomocą kilku protokołów. Każdy router jest wyposażony w tablicę routingu, w której określa punkty docelowe.
Z powyższego rysunku jasno wynika, że ​​pakiety z „A” muszą być przesłane albo do B albo C, nawet jeśli miejscem docelowym jest „F”. Tablica routingu „A” jest wyraźnie przedstawiona powyżej.

Podczas gdy w przypadku pakietu 4, pakiet z „A” jest kierowany do „B”, nawet węzeł docelowy to „F”. Pakiet „A” wybiera transmisję pakietu 4 inną ścieżką niż początkowe trzy ścieżki. Może się to zdarzyć z powodu przeciążenia ruchu na ścieżce ACE. Tak więc

4). Implementacja usługi zorientowanej na połączenie

Tutaj funkcjonalność usługi zorientowanej na połączenie działa w wirtualnej podsieci. Wirtualna podsieć wykonuje operację unikania nowej ścieżki dla każdej transmisji pakietu. W zamian za to, gdy powstaje połączenie, wybierana jest trasa od węzła źródłowego do węzła docelowego i jest ona utrzymywana w tabelach. Ta trasa działa w czasie korków.

W momencie zwolnienia połączenia podsieć wirtualna również zostaje odrzucona. W tej usłudze każdy pakiet ma swój własny identyfikator, który określa dokładny adres obwodu wirtualnego. Poniższy diagram przedstawia algorytm routingu w wirtualnej podsieci.

Implementacja usługi zorientowanej na połączenie

Protokoły routingu warstwy sieciowej

Istnieje wiele typów protokołów routingu sieciowego. Wszystkie protokoły opisano poniżej:

1). Protokół informacji o routingu

Protokół ten jest głównie zaimplementowany w sieci LAN i WAN. Tutaj jest on klasyfikowany jako wewnętrzny protokół bramy, wewnętrzny w zastosowaniu algorytmu wektora odległości.

2). Protokół routingu bramy wewnętrznej

Protokół ten służy do kierowania informacji wewnątrz niezależnego systemu. Głównym celem tego protokołu jest unicestwienie ograniczeń protokołu RIP w skomplikowanych sieciach. Zarządza nawet różnymi metrykami dla każdej ścieżki, a także spójnością, przepustowością i opóźnieniem obciążenia. Największy przeskok to 255, a aktualizacje tras są przesyłane z szybkością 90 sekund.

3). Otwórz najpierw najkrótszą ścieżkę

Jest uważany za aktywny protokół routingu używany głównie w protokołach internetowych. W szczególności jest to protokół routingu według stanu łącza i przechodzi do klasyfikacji protokołu wewnętrznej bramy.

4). Protokół bramy zewnętrznej

Najlepszym protokołem routingu wybranym do aktywności internetowej jest protokół bramy zewnętrznej. Ma inny scenariusz w porównaniu z protokołami ścieżki i wektora odległości. Ten protokół jest zgodny z topologią podobną do drzewa.

5). Protokół EIGRP

Jest to protokół routingu oparty na wektorze odległości, który ulepsza optymalizację, zmniejszając niestabilność routingu, która występuje po modyfikacji topologii, oprócz wykorzystania przepustowości i możliwości przetwarzania. Ogólnie rzecz biorąc, optymalizacja zależy od pracy DUAL ze strony SRI, która zapewnia proces bez pętli i umożliwia szybkie połączenie.

6). Border Gateway Protocol

Protokół ten jest odpowiedzialny za utrzymywanie tabeli sieci protokołów internetowych, które zarządzają możliwością zbliżania się do sieci między AS. Jest to wyrażone w postaci protokołu wektora ścieżki. Tutaj ogólne metryki IGP nie są zaimplementowane, ale zależą od decyzji zależnych od ścieżki i reguł sieciowych.

7). System pośredni - system pośredni

Jest to głównie stosowane przez urządzenia sieciowe, w których decyduje o najlepszej metodzie transmisji datagramu, a ten scenariusz określa się jako routing.

Usługi warstwy sieciowej

Warstwa sieciowa zapewnia usługi, które umożliwiają urządzeniom końcowym wymianę informacji w sieci. Aby to osiągnąć, wykorzystuje cztery procesy, w których one są

• Adresowanie urządzeń końcowych
• Kapsułkowanie
• Wytyczanie
• Rozhermetyzowanie

Przy wszystkich protokołach routingu, typach, usługach i innych strukturach warstwa sieciowa stanowi doskonałe wsparcie dla modelu OSI. Funkcjonalność warstwy sieciowej zawiera każdy router. Najbardziej ogólne protokoły związane z warstwą sieci to Protokół internetowy i Netware IPX / SPX. Ponieważ warstwa sieci jest wdrażana przez wiele organizacji, poznaj bardziej szczegółowe informacje na temat podejść, z którymi wiąże się warstwa sieci?