Επίπεδο δικτύου: Τύποι και θέματα σχεδιασμού του

Στο πλαίσιο ολόκληρης της επιστήμης των υπολογιστών, η προσέγγιση του Δίκτυο Το Layer βοηθά να μάθουμε για τις συνεπείς αλληλεπιδράσεις δικτύου. Έρχεται η έκθεση πολλών επιπέδων δικτύου, αλλά το ένα πολύ γνωστό μοντέλο είναι η προσέγγιση OSI με 7 επίπεδα. Το μοντέλο OSI (Open System Interconnection) περιγράφει τη σαφή εικόνα της μετάδοσης δεδομένων μέσω τυπικών πρωτοκόλλων. Αλλά, τι ακριβώς αποδίδουν αυτά τα επτά στρώματα; Σε αυτό το πλαίσιο δικτύωσης, τα κατώτερα επίπεδα (1-4) λειτουργούν ως επί το πλείστον στη μετάδοση δεδομένων και τα ανώτερα επίπεδα (5-7) αντιμετωπίζουν δεδομένα επιπέδου εφαρμογής. Κάθε επίπεδο αποστέλλεται με αντίστοιχες εργασίες και μετά μεταδίδει τις πληροφορίες στο επόμενο επίπεδο. Σε αυτό το άρθρο, θα ακολουθήσουμε την έννοια του επιπέδου δικτύου, τις λειτουργίες, τα θέματα, πρωτόκολλα και υπηρεσίες.

Τι είναι το Επίπεδο δικτύου;

Το επίπεδο δικτύου έχει την ευθύνη της διαχείρισης υποδίκτυο εκτέλεση. Αυτό το επίπεδο είναι πιο επικεντρωμένο στον έλεγχο των λειτουργιών της μετάδοσης δεδομένων, των τεχνολογιών δρομολόγησης και εναλλαγής, της προώθησης και της αλληλουχίας πακέτων, του χειρισμού σφαλμάτων, της αντιμετώπισης της δημιουργίας λογικών διαδρομών και του ελέγχου συμφόρησης.

Τύποι επιπέδων δικτύου

Η συνεργατική απόδοση και των επτά επιπέδων στο μοντέλο δικτύωσης OSI το καθιστά ως την πιο ευρέως εφαρμοσμένη προσέγγιση σε όλες τις εφαρμογές.

Προσέγγιση OSI

Η παρακάτω περίοδος περιγράφει τη λειτουργικότητα κάθε επιπέδου:

1). Επίπεδο εφαρμογής

Διατηρεί όλες τις αλληλεπιδράσεις ανθρώπου και υπολογιστή και όπου η εφαρμογή μπορεί να έχει προσβασιμότητα για τις δραστηριότητες του δικτύου. Αυτό σημαίνει ότι το επίπεδο εφαρμογής προσφέρει υπηρεσίες για δραστηριότητες όπως e-mail, λογισμικό δικτύου και μετάδοση αρχείων. Στο μοντέλο OSI, αυτό το επίπεδο έχει πρωτόκολλα επικοινωνίας και προσεγγίσεις διασύνδεσης που χρησιμοποιούνται για επικοινωνία διεργασίας-διεργασίας μέσω IP. Αυτό το επίπεδο απλώς τυποποιεί την επικοινωνία και βασίζεται στο παρακάτω επίπεδο μεταφοράς για τη διαχείριση της ανταλλαγής πληροφοριών και τη δημιουργία διαδρομών μεταφοράς δεδομένων από host-to-data.

2). Επίπεδο παρουσίασης

Εδώ οι πληροφορίες διατηρούνται σε χρησιμοποιήσιμη μορφή και εδώ συμβαίνει η λειτουργικότητα των δεδομένων κρυπτογράφηση . Το επίπεδο παρουσίασης λειτουργεί για τη μετάδοση των πληροφοριών στο μοντέλο που δέχεται το επίπεδο εφαρμογής. Σε λίγες περιπτώσεις, αυτό το επίπεδο ονομάζεται επίπεδο σύνταξης. Αυτό το επίπεδο διασφαλίζει ότι τα δεδομένα που παραδίδονται από το επίπεδο εφαρμογής σε ένα σύστημα μπορούν να αποκρυπτογραφηθούν από το επίπεδο εφαρμογής του άλλου συστήματος.

3). Επίπεδο συνεδρίας

Λειτουργεί για τη λειτουργικότητα των συνδέσεων και έχει την ευθύνη για τη διαχείριση διαφόρων συνεδριών και θυρών. Το επίπεδο συνεδρίας λειτουργεί για το συντονισμό και τον τερματισμό συνομιλιών, συζητήσεων μεταξύ εφαρμογών και ανταλλαγών.

4). Μεταφορικό στρώμα

Αυτό το επίπεδο εκτελεί τη δραστηριότητα της μετάδοσης δεδομένων μέσω πρωτοκόλλων που αποτελούνται από UDP και TCP. Μεταφέρει πληροφορίες μεταξύ κεντρικών υπολογιστών και τελικών συστημάτων. Διαχειρίζεται την ανάκτηση σφαλμάτων από άκρο σε άκρο και τη ρύθμιση ροής. Το επίπεδο μεταφοράς παρέχει υπηρεσίες όπως διαχείριση ροής, πολυπλεξία, επικοινωνία προσανατολισμένη στη σύνδεση και ακόμη και διαχείριση συνοχής. Αυτό το επίπεδο φέρει την ευθύνη για την παράδοση πληροφοριών στην ακριβή διαδικασία εφαρμογής μέσω των κεντρικών υπολογιστών. Έχει επίσης στατιστική πολυπλεξία όπου συμβαίνει αυτό με την τμηματοποίηση δεδομένων, την προσθήκη ταυτότητας θύρας προέλευσης και προορισμού στην κεφαλίδα επιπέδου μεταφοράς.

5). Επίπεδο δικτύου

Αποφασίζει τη διεύθυνση της φυσικής διαδρομής που πρέπει να μεταδίδονται οι πληροφορίες. Αυτό το επίπεδο είναι πιο επικεντρωμένο στον έλεγχο των λειτουργιών της μετάδοσης δεδομένων, των τεχνολογιών δρομολόγησης και εναλλαγής, της προώθησης και της αλληλουχίας πακέτων, του χειρισμού σφαλμάτων, της αντιμετώπισης της δημιουργίας λογικών διαδρομών και του ελέγχου συμφόρησης.

6). Επίπεδο συνδέσμου δεδομένων

Αυτό το επίπεδο λειτουργεί στη λειτουργία κρυπτογράφησης και αποκρυπτογράφησης πακέτων δεδομένων. Παρέχει πληροφορίες σχετικά με το πρωτόκολλο μετάδοσης και τα σφάλματα ελέγχου που εμφανίζονται στο φυσικό στρώμα, ρύθμιση ροής και συγχρονισμό πλαισίου. Αυτό το επίπεδο παρέχει υπηρεσίες όπως framing πακέτων δεδομένων, συγχρονισμό καρέ, φυσική διεύθυνση, εναλλαγή αποθήκευσης και προώθησης και πολλά άλλα.

7). Φυσική στρώση

Μεταδίδει ακατέργαστο είδος πληροφοριών μέσω του φυσικού μέσου. Το φυσικό στρώμα παρέχει τη μηχανική, διαδικαστική και ηλεκτρική διεπαφή για το μέσο μετάδοσης. Περιγράφει ακόμη και τις συχνότητες μετάδοσης, την ιδιότητα των ηλεκτρικών συνδετήρων και άλλους παράγοντες χαμηλού επιπέδου.

Λειτουργίες του επιπέδου δικτύου

Ας ξεκαθαρίσουμε τις παραπάνω ορολογίες που εκτελεί το επίπεδο δικτύου:

• Αντιμετώπιση - Διατηρεί τις διευθύνσεις προέλευσης και προορισμού στην κεφαλίδα του πλαισίου. Το επίπεδο δικτύου εκτελεί διευθύνσεις για να ανακαλύψει τις συγκεκριμένες συσκευές στο δίκτυο.
• Συσκευασία - Το επίπεδο δικτύου λειτουργεί στη μετατροπή πακέτων που λαμβάνονται από το ανώτερο επίπεδο. Αυτή η δυνατότητα επιτυγχάνεται με το Internet Protocol (IP).
• Δρομολόγηση - Θεωρείται ως η κύρια λειτουργικότητα, το επίπεδο δικτύου επιλέγει την καλύτερη διαδρομή για μετάδοση δεδομένων από ένα σημείο προέλευσης προς τον προορισμό.
• Διαδικτυακή εργασία - Το Internetworking λειτουργεί για να παρέχει μια λογική σύνδεση σε πολλές συσκευές.

Ζητήματα σχεδίασης επιπέδου δικτύου

Το επίπεδο δικτύου παρουσιάζει ορισμένα ζητήματα σχεδιασμού και μπορούν να περιγραφούν ως εξής:

1). Εναλλαγή πακέτων Store-and-Forward

Εδώ, τα κύρια στοιχεία είναι ο εξοπλισμός του μεταφορέα (η σύνδεση μεταξύ δρομολογητών μέσω γραμμών μεταφοράς) και ο εξοπλισμός του πελάτη.

εναλλαγή πακέτων αποθήκευσης και προώθησης

• Το H1 έχει άμεση σύνδεση με το δρομολογητή φορέα «A», ενώ το H2 συνδέεται με το δρομολογητή φορέα «F» σε σύνδεση LAN.
• Ένας από τους δρομολογητές κινητής τηλεφωνίας «F», επισημαίνεται έξω από τον εξοπλισμό του μεταφορέα, καθώς δεν εμπίπτει στον φορέα, ενώ θεωρείται πρωτόκολλο, λογισμικό και κατασκευή.
• Αυτό το δίκτυο μεταγωγής εκτελείται καθώς η μετάδοση δεδομένων συμβαίνει όταν ο κεντρικός υπολογιστής (H1) με ένα πακέτο το μεταφέρει στον κοντινό δρομολογητή μέσω LAN (ή) σύνδεση από σημείο σε σημείο στον αερομεταφορέα. Ο μεταφορέας αποθηκεύει το πακέτο μέχρι να φτάσει πλήρως επιβεβαιώνοντας έτσι το άθροισμα ελέγχου.
• Στη συνέχεια, το πακέτο μεταδίδεται μέσω της διαδρομής έως ότου επιτευχθεί το H2.

2). Υπηρεσίες που παρέχονται στο επίπεδο μεταφοράς

Μέσω της διεπαφής επιπέδου δικτύου / μεταφοράς, το επίπεδο δικτύου παρέχει τις υπηρεσίες του στο επίπεδο μεταφοράς. Κάποιος μπορεί να συναντήσει το ερώτημα του τι είδους υπηρεσίες παρέχει το επίπεδο δικτύου;

Έτσι, θα κινηθούμε με το ίδιο ερώτημα και θα ανακαλύψουμε τις υπηρεσίες που προσφέρονται.

Οι υπηρεσίες που προσφέρονται από το επίπεδο δικτύου περιγράφονται λαμβάνοντας υπόψη λίγους στόχους. Αυτά είναι:

• Οι υπηρεσίες προσφοράς δεν πρέπει να εξαρτώνται από την τεχνολογία του δρομολογητή
• Το επίπεδο μεταφοράς πρέπει να προστατεύεται από τον τύπο, τον αριθμό και την τοπολογία των διαθέσιμων δρομολογητών.
• Το δίκτυο που αντιμετωπίζει το επίπεδο μεταφοράς πρέπει να ακολουθεί ένα συνεπές σενάριο αρίθμησης και στις συνδέσεις LAN και WAN.

Σημείωση: Στη συνέχεια έρχεται το σενάριο σύνδεσης-προσανατολισμού ή χωρίς σύνδεση

Εδώ, δύο ομαδοποιήσεις είναι δυνατές με βάση τις προσφερόμενες υπηρεσίες.

Χωρίς σύνδεση - Εδώ, η δρομολόγηση και η εισαγωγή πακέτων στο υποδίκτυο πραγματοποιείται ξεχωριστά. Δεν απαιτείται πρόσθετη ρύθμιση

Προσανατολισμός στη σύνδεση - Το υποδίκτυο πρέπει να προσφέρει αξιόπιστη υπηρεσία και όλα τα πακέτα μεταδίδονται σε μία μόνο διαδρομή.

3). Υλοποίηση υπηρεσίας χωρίς σύνδεση

Σε αυτό το σενάριο, τα πακέτα ονομάζονται datagrams και το αντίστοιχο υποδίκτυο ονομάζεται datagram subnet. Η δρομολόγηση στο υποδίκτυο datagram έχει ως εξής:

υποδίκτυο δεδομένων

πίνακας αλήθειας

Όταν το μέγεθος του μηνύματος που πρέπει να μεταδοθεί είναι 4 φορές το μέγεθος του πακέτου, τότε το επίπεδο δικτύου χωρίζεται σε 4 πακέτα και μετά μεταδίδει κάθε πακέτο στον δρομολογητή «Α» μέσω μερικών πρωτοκόλλων. Κάθε δρομολογητής διαθέτει έναν πίνακα δρομολόγησης όπου αποφασίζει τα σημεία προορισμού.
Στο παραπάνω σχήμα, είναι σαφές ότι τα πακέτα από το «A» πρέπει να μεταδοθούν είτε στο B είτε στο C ακόμα και όταν ο προορισμός είναι «F». Ο πίνακας δρομολόγησης του «Α» περιγράφεται ξεκάθαρα παραπάνω.

Ενώ στην περίπτωση του πακέτου 4, το πακέτο από το «Α» δρομολογείται στο «Β», ακόμη και ο κόμβος προορισμού είναι «F». Το πακέτο «Α» επιλέγει να μεταδώσει το πακέτο 4 μέσω διαφορετικής διαδρομής από τις αρχικές τρεις διαδρομές. Αυτό μπορεί να συμβεί λόγω της κυκλοφοριακής συμφόρησης κατά μήκος της διαδρομής ACE. Ετσι το

4). Υλοποίηση υπηρεσίας προσανατολισμένης στη σύνδεση

Εδώ, η λειτουργικότητα της υπηρεσίας προσανατολισμένης στη σύνδεση λειτουργεί στο εικονικό υποδίκτυο. Ένα εικονικό υποδίκτυο εκτελεί τη λειτουργία της αποφυγής μιας νέας διαδρομής για κάθε μετάδοση πακέτων. Ως υποκατάστατο αυτού, όταν δημιουργείται σύνδεση, επιλέγεται και διατηρείται σε πίνακες μια διαδρομή από έναν κόμβο προέλευσης προς έναν κόμβο προορισμού. Αυτή η διαδρομή εκτελεί τη δράση της τη στιγμή της κυκλοφοριακής συμφόρησης.

Τη στιγμή που απελευθερώνεται η σύνδεση, το εικονικό υποδίκτυο απορρίπτεται επίσης. Σε αυτήν την υπηρεσία, κάθε πακέτο φέρει το δικό του αναγνωριστικό που αναφέρει την ακριβή διεύθυνση του εικονικού κυκλώματος. Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει το αλγόριθμος δρομολόγησης στο εικονικό υποδίκτυο.

Υλοποίηση υπηρεσίας προσανατολισμένης στη σύνδεση

Πρωτόκολλα δρομολόγησης επιπέδου δικτύου

Τα πρωτόκολλα δρομολόγησης δικτύου είναι πολλών τύπων. Όλα τα πρωτόκολλα περιγράφονται παρακάτω:

1). Πρωτόκολλο δρομολόγησης πληροφοριών

Αυτό το πρωτόκολλο εφαρμόζεται κυρίως στο δίκτυο LAN και WAN. Εδώ, ταξινομείται ως εσωτερικό πρωτόκολλο πύλης εσωτερικά για τη χρήση ενός αλγορίθμου απόστασης-διανύσματος.

2). Πρωτόκολλο δρομολόγησης εσωτερικής πύλης

Αυτό το πρωτόκολλο χρησιμοποιείται για τη δρομολόγηση εσωτερικών πληροφοριών στο ανεξάρτητο σύστημα. Ο κύριος στόχος πίσω από αυτό το πρωτόκολλο είναι να εξαλείψει τους περιορισμούς του RIP στα περίπλοκα δίκτυα. Διαχειρίζεται ακόμη και διάφορες μετρήσεις για κάθε διαδρομή μαζί με συνέπεια, εύρος ζώνης και καθυστέρηση φόρτωσης. Το μεγαλύτερο hop είναι 255 και οι ενημερώσεις δρομολόγησης μεταδίδονται με ρυθμό 90 δευτερολέπτων.

3). Ανοίξτε πρώτα τη συντομότερη διαδρομή

Θεωρείται ως το ενεργό πρωτόκολλο δρομολόγησης που χρησιμοποιείται κυρίως στα πρωτόκολλα Διαδικτύου. Ειδικά, είναι το πρωτόκολλο δρομολόγησης κατάστασης σύνδεσης και μεταβαίνει στην ταξινόμηση του πρωτοκόλλου εσωτερικής πύλης.

4). Πρωτόκολλο εξωτερικής πύλης

Το καλύτερο πρωτόκολλο δρομολόγησης που επιλέγεται για δραστηριότητα στο Διαδίκτυο είναι το πρωτόκολλο εξωτερικής πύλης. Έχει διαφορετικό σενάριο σε σύγκριση με πρωτόκολλα διανύσματος διαδρομής και απόστασης. Αυτό το πρωτόκολλο ακολουθεί την τοπολογία όπως αυτή ενός δέντρου.

5). Βελτιωμένο πρωτόκολλο δρομολόγησης εσωτερικής πύλης

Είναι το πρωτόκολλο δρομολόγησης διανύσματος-διανύσματος σε βελτίωση της βελτιστοποίησης που μειώνει την αστάθεια στη δρομολόγηση που συμβαίνει μετά από τροποποίηση τοπολογίας, εκτός από τη χρήση του εύρους ζώνης και της δυνατότητας επεξεργασίας. Σε γενικές γραμμές, η βελτιστοποίηση εξαρτάται από την εργασία DUAL από το SRI που εξασφαλίζει τη διαδικασία χωρίς βρόχο και παρέχει περιθώρια για μια γρήγορη διασταύρωση.

6). Πρωτόκολλο Border Gateway

Αυτό το πρωτόκολλο είναι υπεύθυνο για τη συντήρηση ενός πίνακα δικτύων πρωτοκόλλου Διαδικτύου που διαχειρίζεται την ικανότητα προσέγγισης δικτύου μεταξύ AS. Αυτό διατυπώνεται με τη μορφή πρωτοκόλλου φορέα διαδρομής. Εδώ, οι γενικές μετρήσεις IGP δεν εφαρμόζονται αλλά ακολουθούν αποφάσεις ανάλογα με τη διαδρομή και τους κανόνες δικτύου.

7). Ενδιάμεσο σύστημα-προς-ενδιάμεσο σύστημα

Αυτό χρησιμοποιείται κυρίως από συσκευές δικτύου όπου αποφασίζει την καλύτερη μέθοδο για τη μετάδοση ενός datagram και αυτό το σενάριο αναγνωρίζεται ως δρομολόγιο.

Υπηρεσίες επιπέδου δικτύου

Το επίπεδο δικτύου παρέχει υπηρεσίες που επιτρέπουν τελικές συσκευές για ανταλλαγή πληροφοριών σε όλο το δίκτυο. Για να επιτευχθεί αυτό, χρησιμοποιεί τέσσερις διαδικασίες όπου αυτές είναι

• Αντιμετώπιση τελικών συσκευών
• Ενθυλάκωση
• Δρομολόγηση
• Αποκαψυλίωση

Με όλα τα πρωτόκολλα δρομολόγησης, τους τύπους, τις υπηρεσίες και άλλα πλαίσια, το επίπεδο δικτύου αποτελεί εξαιρετική υποστήριξη για το μοντέλο OSI. Η λειτουργικότητα του επιπέδου δικτύου περιέχει σε κάθε δρομολογητή. Τα πιο γενικά πρωτόκολλα που σχετίζονται με το επίπεδο δικτύου είναι Πρωτόκολλο Διαδικτύου και Netware IPX / SPX. Καθώς το επίπεδο δικτύου έχει εφαρμοστεί από πολλούς οργανισμούς, μάθετε βαθύτερες πληροφορίες σχετικά με τις προσεγγίσεις με τις οποίες σχετίζεται το επίπεδο δικτύου;