Сетевой уровень(Networklayer)

Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать совершенно различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей. Функции сетевого уровня достаточно разнообразны.

Протоколы канального уровня локальных сетей обеспечивают доставку данных между любыми узлами только в гомогенной сети – сети, где все компьютеры подключены к единой передающей среде одинаковым образом. Такие сети, как правило, имеют ограничение либо по количеству компьютеров (в глобальных сетях), либо по протяженности (в локальных сетях). Также ограничением является невозможность использования протоколов канального уровня в сетях со сложной топологией, имеющих замкнутые петли или альтернативные маршруты между узлами сети.

Можно было бы усложнять прото­колы канального уровня для поддержания петлевидных избыточных связей, но принцип разделения обязанностей между уровнями приводит к другому решению. Чтобы с одной стороны сохранить простоту процедур передачи данных для гомогенных сетей, а с другой допустить использование произвольных топологий, вво­дится дополнительный сетевой уровень.

На сетевом уровне сам термин сеть наделяют специфическим значением. В дан­ном случае под сетью понимается совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой топологии.При органи­зации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие «номер сети». В этом случае адрес получателя состоит из старшей части — номера сети и млад­шей — номера узла в этой сети. Все узлы одной сети должны иметь одну и ту же старшую часть адреса, поэтому термину «сеть» на сетевом уровне можно дать и другое, более формальное определение: сеть — это совокупность узлов, сетевой ад­рес которых содержит один и тот же номер сети.

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. Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно со­вершить некоторое количество транзитных передач между сетями, или хопов (от hop — прыжок), каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, марш­рут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые про­ходит пакет. Очень часто между двумя сетями существует несколько альтернативных маршрутов. Проблема выбора маршрута называется маршрутизацией, и ее решение является одной из главных задач сетевого уровня.

Пример составной сети

Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets).

На сетевом уровне различают несколько видов протоколов. Первый вид — сетевые протоколы (routedprotocols) — реализуют передачу данных через сеть. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. Примером протокола сетевого уровня является протокол межсетевого взаи­модействия IP.

Протоколы второго вида называются протоколами обмена маршрутной информацией или просто протоколами маршру­тизации (routingprotocols). С помощью этих протоколов маршрутизаторы собира­ют информацию о топологии межсетевых соединений.

Существуют также протоколы, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в физический адрес (MAC-адрес). Такое отображение необходимо, так как узлы обмениваются пакетами сетевого уровня, помещая (инкапсулируя) их в кадры канального уровня в соответствии с принципом функционирования сетевых средств. Такие протоколы часто называют протоколами разрешения адресов(AddressResolutionProtocol, ARP). Разрешение адресов может производиться при помощи широковещательного опроса компьютеров сети.

Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программ­ными и аппаратными средствами маршрутизаторов.