Сетевой уровень (Network Layer)

Назначение и особенности. Сетевой уровень служит для организации совместной работы нескольких сетей с разной архитектурой при их объединении в единую сеть, называемую составной сетью. Технология, позволяющая осуществить такое объединение, называется технологией межсетевого взаимодействия (Internetworking). Локальная сеть с одной архитектурой (Ethernet, FDDI, Token Ring, ATM или Frame Relay) не способна обеспечить передачу данных в сеть с другой архитектурой, что обусловлено многими причинами (разным форматом используемых кадров, логикой работы протоколов и др.). Еще больше отличий можно обнаружить между архитектурами локальных и глобальных сетей. Таким образом, для организации и координации работы в сетях, построенных на основе различных архитектур, необходимы дополнительные средства. Такие средства предоставляет сетевой уровень в виде протоколов и специальных устройств.

Сетевой уровень отвечает за доставку пакетов данных от отправителя одной сети получателю другой сети. Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Маршрутизатор собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты из сети получателя в сеть назначения. При пересылке пакетов происходит несколько транзитных передач между сетями. Последовательность маршрутизаторов, или путь, через который проходит пакет, называется маршрутом. Составление (выбор, определение) наилучшего пути, или маршрутизация, является одной из главных задач сетевого уровня. Маршрутизация резко повышает эффективность использования физических каналов, поскольку пакеты одного сообщения могут доставляться разными путями, хотя пользователи сети этого и не замечают. На сетевом уровне работает большинство протоколов маршрутизации.

Особенности работы. Весь путь передаваемого сообщения через составную сеть разбивается на участки от одного маршрутизатора до другого, причем каждый участок соответствует пути через отдельную сеть. Данные, поступающие на сетевой уровень (от вышележащего транспортного), снабжаются заголовком сетевого уровня. Совокупность данных и заголовка образует пакет. Заголовок пакета имеет унифицированный формат и содержит его адрес назначения. В пределах данной составной сети каждый узел имеет собственный уникальный адрес, который называют сетевым адресом узла. Наряду с этим адресом на нижележащем канальном уровне каждому узлу назначается аппаратный МАС-адрес, т. е. узлы составной сети имеют два адреса. Маршрут пакета определяется на основании адреса назначения, указанного в пакете на сетевом уровне, и описывается последовательностью маршрутизаторов (или сетей), через которые должен пройти пакет. Маршрутизатор извлекает пакет из прибывшего кадра и после обработки передает пакет в следующую сеть, предварительно упаковав его в кадр канального уровня, соответствующий формату этой сети.

Устройства сетевого уровня. К ним относятся маршрутизаторы и коммутаторы сетевого уровня. Одной из функций маршрутизатора является физическое соединение сетей. Поэтому маршрутизатор имеет несколько сетевых интерфейсов, которые можно считать узлами разных сетей. К каждому интерфейсу подключается одна сеть. Маршрутизаторы строятся на базе специализированных аппаратных платформ. В состав их программного обеспечения входят протокольные модули сетевого уровня. Маршрутизатор может быть реализован программно на базе универсального компьютера.