Síťová vrstva: Typy a problémy s jejím designem

V rámci celé informatiky je přístup Síť Layer pomáhá vědět o spletitých síťových interakcích. Přichází expozice mnoha síťových vrstev, ale známým modelem je přístup OSI se 7 vrstvami. Model OSI (Open System Interconnection) nastiňuje jasný obraz přenosu dat pomocí standardních protokolů. Ale co přesně těchto sedm vrstev provádí? V tomto síťovém rámci spodní vrstvy (1–4) většinou pracují na přenosu dat a horní vrstvy (5–7) řeší data na úrovni aplikace. Každá vrstva je vybavena odpovídajícími úkoly a poté předává informace do další vrstvy. V tomto článku pojdeme s konceptem síťové vrstvy, funkcemi, problémy, protokoly a služby.

Co je síťová vrstva?

Síťová vrstva nese odpovědnost za správu podsíť výkon. Tato vrstva je více zaměřena na řízení operací přenosu dat, směrování a přepínání technologií, předávání a řazení paketů, zpracování chyb, řešení vytváření logických cest a řízení přetížení.

Typy síťových vrstev

Díky výkonu všech sedmi vrstev síťového modelu OSI je spolupráce nejrozšířenějším přístupem ve všech aplikacích.

OSI přístup

Níže uvedená relace popisuje funkce jednotlivých vrstev:

1). Aplikační vrstva

Udržuje všechny lidské a počítačové interakce a to, kde může mít aplikace přístup k síťovým aktivitám. To znamená, že aplikační vrstva nabízí služby pro činnosti, jako je e-mail, síťový software a přenosy souborů. V modelu OSI má tato vrstva komunikační protokoly a přístupy k rozhraní používané pro komunikaci mezi procesy prostřednictvím IP. Tato vrstva pouze standardizuje komunikaci a na základě níže uvedené transportní vrstvy spravuje výměnu informací a zavádí cesty přenosu dat mezi hostiteli.

2). Prezentační vrstva

Zde jsou informace udržovány v použitelném formátu a zde dochází k funkčnosti dat šifrování . Prezentační vrstva funguje tak, že přenáší informace v modelu, které aplikační vrstva přijímá. V několika případech se tato vrstva nazývá syntaktická vrstva. Tato vrstva zajišťuje, aby data dodávaná aplikační vrstvou v jednom systému byla dešifrovatelná aplikační vrstvou druhého systému.

3). Vrstva relace

Pracuje na funkčnosti připojení a nese odpovědnost za správu různých relací a portů. Vrstva relace pracuje na koordinaci a ukončení konverzací, diskusí mezi aplikacemi a výměn.

4). Transportní vrstva

Tato vrstva provádí činnost přenosu dat prostřednictvím protokolů skládajících se z UDP a TCP. Přenáší informace mezi hostiteli a koncovými systémy. Spravuje end-to-end zotavení po chybě a regulaci toku. Transportní vrstva poskytuje služby, jako je řízení toku, multiplexování, komunikace orientovaná na připojení a dokonce i správa konzistence. Tato vrstva nese odpovědnost za doručování informací přesnému procesu aplikace prostřednictvím hostitelských počítačů. Má také statistické multiplexování, pokud jde o segmentaci dat, přidání ID zdrojového a cílového portu do záhlaví transportní vrstvy.

5). Síťová vrstva

Rozhoduje o adrese fyzické cesty, kterou musí být informace přenášeny. Tato vrstva je více zaměřena na řízení operací přenosu dat, technologií směrování a přepínání, předávání a řazení paketů, zpracování chyb, vytváření adres logických cest a řízení přetížení.

6). Vrstva datového spojení

Tato vrstva pracuje na operaci šifrování a dešifrování datových paketů. Poskytuje informace týkající se přenosového protokolu a řídí chyby, ke kterým dochází ve fyzické vrstvě, regulaci toku a synchronizaci rámců. Tato vrstva poskytuje služby, jako je rámování datových paketů, synchronizace rámců, fyzické adresování, přepínání ukládání a předávání a mnoho dalších.

7). Fyzická vrstva

Přenáší surový druh informací prostřednictvím fyzického média. Fyzická vrstva poskytuje mechanické, procedurální a elektrické rozhraní pro přenosové médium. Dokonce popisuje vysílací frekvence, vlastnosti elektrických konektorů a další faktory nízké úrovně.

Funkce síťové vrstvy

Vysvětlíme výše uvedené terminologie, které síťová vrstva provádí:

• Adresování - Udržuje zdrojovou i cílovou adresu v záhlaví rámce. Síťová vrstva provádí adresování, aby zjistila konkrétní zařízení v síti.
• Paketování - Síťová vrstva pracuje na převodu paketů přijatých z její horní vrstvy. Tuto funkci zajišťuje internetový protokol (IP).
• Směrování - Síťová vrstva, která je považována za hlavní funkčnost, volí nejlepší cestu pro přenos dat ze zdrojového bodu do cíle.
• Internetworking - Internetworking funguje tak, aby poskytoval logické připojení mezi více zařízeními.

Problémy s návrhem síťové vrstvy

Síťová vrstva přichází s určitými problémy s designem a lze je popsat níže:

1). Store-and-Forward Přepínání paketů

Zde jsou nejdůležitějšími prvky vybavení dopravce (spojení mezi směrovači prostřednictvím přenosových vedení) a vybavení zákazníka.

přepínání paketů typu store-and-forward

• H1 má přímé spojení s nosným směrovačem „A“, zatímco H2 je připojeno k nosnému směrovači „F“ prostřednictvím připojení LAN.
• Jeden z routerů dopravce „F“ je namířen mimo vybavení dopravce, protože nespadá pod nosič, zatímco je považován za protokoly, software a konstrukci.
• Tato přepínací síť funguje, když k přenosu dat dojde, když ho hostitel (H1) s paketem přenese na blízký směrovač LAN (nebo) spojení typu point-to-point s dopravcem. Přepravce ukládá paket, dokud zcela nedorazí, čímž potvrzuje kontrolní součet.
• Pak se paket přenáší po cestě, dokud není dosaženo H2.

2). Služby poskytované transportní vrstvě

Prostřednictvím rozhraní síťové / transportní vrstvy poskytuje síťová vrstva své služby transportní vrstvě. Dalo by se narazit na otázku, jaký typ služeb poskytuje síťová vrstva?

Pojedeme tedy se stejným dotazem a zjistíme nabízené služby.

Služby nabízené síťovou vrstvou jsou nastíněny s ohledem na několik cílů. Ty jsou:

• Nabídka služeb nesmí záviset na technologii routeru
• Transportní vrstvu je třeba chránit před typem, počtem a topologií dostupných routerů.
• Síťové adresování transportní vrstvy se musí řídit konzistentním scénářem číslování také u připojení LAN a WAN.

Poznámka: Dále přichází scénář orientovaný na připojení nebo bez připojení

Zde jsou možná dvě seskupení na základě nabízených služeb.

Bez připojení - Zde se směrování a vkládání paketů do podsítě provádí individuálně. Není nutné žádné další nastavení

Orientováno na připojení - Subnet musí nabízet spolehlivé služby a všechny pakety jsou přenášeny po jedné trase.

3). Implementace služby bez připojení

V tomto scénáři se pakety nazývají datagramy a odpovídající podsíť se nazývá datagram podsíť. Směrování v podsíti datagramu je následující:

podsíť datagramu

pravdivostní tabulka

Je-li velikost zprávy, která má být přenesena, 4krát větší než velikost paketu, pak se síťová vrstva rozdělí na 4 pakety a poté pomocí několika protokolů přenese každý paket na router „A“. Každý router je vybaven směrovací tabulkou, kde určuje cílové body.
Na výše uvedeném obrázku je zřejmé, že pakety z „A“ je třeba přenášet buď do B, nebo C, i když je cíl „F“. Směrovací tabulka „A“ je jasně načrtnuta výše.

Zatímco v případě paketu 4 je paket z „A“ směrován do „B“, dokonce i cílový uzel je „F“. Paket „A“ se rozhodne vyslat paket 4 jinou cestou než počáteční tři cesty. To se může stát kvůli dopravní zácpě podél cesty ACE. Takže

4). Implementace služby orientované na připojení

Zde funguje funkce služby orientované na připojení ve virtuální podsíti. Virtuální podsíť provádí operaci vyhýbání se nové cestě pro každý přenos paketů. Jako náhrada za to, když existuje spojení, je vybrána trasa ze zdrojového uzlu do cílového uzlu a udržována v tabulkách. Tato trasa provádí svoji činnost v době dopravní zácpy.

V době, kdy je připojení uvolněno, bude virtuální podsíť také zrušena. V této službě nese každý paket svůj vlastní identifikátor, který uvádí přesnou adresu virtuálního obvodu. Níže uvedený diagram ukazuje směrovací algoritmus ve virtuální podsíti.

Implementace služby orientované na připojení

Protokoly směrování síťové vrstvy

Síťové směrovací protokoly jsou mnoha typů. Všechny protokoly jsou popsány níže:

1). Směrovací informační protokol

Tento protokol je implementován hlavně v sítích LAN a WAN. Zde je klasifikován jako vnitřní protokol brány vnitřní s využitím algoritmu vzdálenosti a vektoru.

2). Směrovací protokol vnitřní brány

Tento protokol se používá pro směrování informací interních do nezávislého systému. Hlavním cílem tohoto protokolu je zničit omezení RIP ve složitých sítích. Spravuje dokonce různé metriky pro každou cestu spolu s konzistencí, šířkou pásma a zpožděním. Největší směrování je 255 a aktualizace směrování se přenášejí rychlostí 90 sekund.

3). Nejprve otevřete nejkratší cestu

Je považován za aktivní směrovací protokol, který se nejčastěji používá v internetových protokolech. Jedná se zejména o směrovací protokol stavu spojení a přechází do klasifikace protokolu vnitřní brány.

4). Protokol vnější brány

Nejlepším směrovacím protokolem zvoleným pro internetovou aktivitu je protokol vnější brány. Ve srovnání s vektorovými protokoly cesty a vzdálenosti má jiný scénář. Tento protokol sleduje topologii jako strom.

5). Vylepšený vnitřní směrovací protokol brány

Jedná se o protokol směrování vzdálenosti a vektoru ve zlepšení optimalizace snižující nestabilitu ve směrování, ke kterému dochází po úpravě topologie, kromě využití šířky pásma a schopnosti zpracování. Obecně platí, že optimalizace závisí na DUAL práci od SRI, která zajišťuje proces bez smyčky a poskytuje prostor pro rychlé spojení.

6). Protokol hraniční brány

Tento protokol je zodpovědný za údržbu tabulky sítí internetového protokolu, které řídí schopnost přístupu k síti mezi AS. To je vyjádřeno ve formě protokolu vektoru cesty. Zde nejsou implementovány obecné metriky IGP, ale jde o rozhodnutí v závislosti na pravidlech cesty a síti.

7). Mezilehlý systém mezi systémy

To se většinou používá u síťových zařízení, kde se rozhoduje o nejlepší metodě pro přenos datagramu a tento scénář se nazývá směrování.

Služby síťové vrstvy

Síťová vrstva poskytuje služby, které koncovým zařízením umožňují výměnu informací v síti. K dosažení tohoto cíle využívá čtyři procesy, z nichž jsou

• Adresování koncových zařízení
• Zapouzdření
• Směrování
• De-enkapsulace

Se všemi směrovacími protokoly, typy, službami a dalšími rámci představuje síťová vrstva velkou podporu pro model OSI. Funkčnost síťové vrstvy obsahuje každý router. Nejobecnější protokoly, které jsou ve vztahu k síťové vrstvě, jsou Internetový protokol a Netware IPX / SPX. Vzhledem k tomu, že síťová vrstva byla implementována mnoha organizacemi, dozvíte se hlubší poznatky o tom, k jakým přístupům je síťová vrstva přidružena?