logo
Компютерні мережі лекції

Тема 6.Мережевий рівень (Network Layer)

Мережевий рівень забезпечує прокладку каналів, що сполучають абонентські і адміністративні системи через комунікаційну мережу, вибір маршруту найбільш швидкого і надійного шляху.

Мережевий рівень встановлює зв'язок в обчислювальній мережі між двома системами і забезпечує прокладку віртуальних каналів між ними. Віртуальний або логічний канал - це таке функціонування компонентів мережі, яке створює взаємодіючим компонентам ілюзію прокладки між ними потрібного тракту. Окрім цього, мережевий рівень повідомляє транспортний рівень про помилки, що з'являються. Повідомлення мережевого рівня прийнято називати пакетами (packet). У них поміщаються фрагменти даних. Мережевий рівень відповідає за їх адресацію і доставку.

Прокладка якнайкращого шляху для передачі даних називається маршрутизацією, і її рішення є головним завданням мережевого рівня. Ця проблема ускладнюється тим, що найкоротший шлях не завжди найкращий. Часто критерієм при виборі маршруту є час передачі даних по цьому маршруту; він залежить від пропускної спроможності каналів зв'язку і інтенсивності трафіку, яка може змінюватися з часом. Деякі алгоритми маршрутизації намагаються пристосуватися до зміни навантаження, тоді як інші ухвалюють рішення на основі середніх показників за тривалий час. Вибір маршруту може здійснюватися і за іншими критеріями, наприклад, надійністю передачі.

Протокол канального рівня забезпечує доставку даних між будь-якими вузлами тільки в мережі з відповідною типовою топологією. Це дуже жорстке обмеження, яке не дозволяє будувати мережі з розвиненою структурою, наприклад, мережі, об'єднуючі декілька мереж підприємства в єдину мережу, або високонадійні мережі, в яких існують надмірні зв'язки між вузлами.

Таким чином, усередині мережі доставка даних регулюється канальним рівнем, а ось доставкою даних між мережами займається мережевий рівень. При організації доставки пакетів на мережевому рівні використовується поняття номер мережі. В цьому випадку адреса одержувача складається з номера мережі і номера комп'ютера в цій мережі.

Мережі з'єднуються між собою спеціальними пристроями, званими маршрутизаторами. Маршрутизатор – це пристрій, який збирає інформацію про топологію міжмережевих з'єднань і на її підставі пересилає пакети мережевого рівня в мережу призначення. Для того, щоб передати повідомлення від відправника, що знаходиться в одній мережі, одержувачеві, що знаходиться в іншій мережі, потрібно зробити деяку кількість транзитних передач (hops) між мережами, кожного разу вибираючи відповідний маршрут. Таким чином, маршрутом є послідовність маршрутизаторів, по яких проходить пакет.

Мережевий рівень відповідає за ділення користувачів на групи і маршрутизацію пакетів на основі перетворення MAC-адресов в мережеві адреси. Мережевий рівень забезпечує також прозору передачу пакетів на транспортний рівень.

Мережевий рівень виконує функції:

  1. Створення мережевих з'єднань і ідентифікація їх портів.

  2. Виявлення і виправлення помилок, що виникають при передачі через комунікаційну мережу.

  3. Управління потоками пакетів.

  4. Організація (впорядкування) послідовностей пакетів.

  5. Маршрутизація і комутація.

  6. Сегментація і об'єднання пакетів.

На мережевому рівні визначається два види протоколів. Перший вигляд відноситься до визначення правил передачі пакетів з даними кінцевих вузлів від вузла до маршрутизатора і між маршрутизаторами. Саме ці протоколи зазвичай мають на увазі, коли говорять про протоколи мережевого рівня. Проте часто до мережевого рівня відносять і інший вид протоколів, званих протоколами обміну маршрутною інформацією. За допомогою цих протоколів маршрутизатори збирають інформацію про топологію міжмережевих з'єднань.

Протоколи мережевого рівня реалізуються програмними модулями операційної системи, а також програмними і апаратними засобами маршрутизаторів.

Найчастіше на мережевому рівні використовуються протоколи: