Взаимодействие человека и сетей данных

Глава 5 Сетевой уровень (Network Layer)

Обзор сетевого уровня

Сетевой уровень

• IPv4

• Application Header + data

• IP Заголовок

• IP

• IP

• IP

• IP

Сетевой уровень и IP-пакет

• IP

• IP

Сетевой уровень

• Сетевой уровень (Уровень 3) предоставляет службы для обмена информацией между указанными конечными устройствами (узлами).
• На Уровне 3 используются четыре основные процесса:
• Адресация
• Инкапсуляция
• Маршрутизация (Routing)
• Декапсуляция

Адресация

• 172.16.3.10

• 192.168.100.99

• Source (источник) IP = 192.168.100.99

• Destination (назначение) IP = 172.16.3.10

• Destination IP = 192.168.100.99

• Source IP = 172.16.3.10

• Какие адреса необходимо указывать в пакете, направляемого от клиента к серверу?
• Какие адреса необходимо указывать в пакете, направляемого от сервера к клиенту?

Инкапсуляция и декапсуляция

• Data

• HTTP Header

• TCP Header

• IP Header

• Data Link Header

• Data Link Trailer

• IP Packet

• Data Link Header

• Data Link Trailer

• IP Packet

• Data Link Header

• Data Link Trailer

• IP Packet

• Data Link Header

• Data Link Trailer

• IP Packet

• Data Link Header

• Data Link Trailer

• IP Packet

• Data Link Header

• Data Link Trailer

• IP Packet

• Data Link Header

• Data Link Trailer

• Data

• HTTP Header

• TCP Header

• IP Header

• Data Link Header

• Data Link Trailer

Декапсуляция

• Назначение
• Поступающий пакет обрабатывается на Уровне 3.
• Проверяется адрес узла-назначения..
• Если адрес правильный, то сегмент передается соответствующей службе транспортного уровня.

• IP-адрес узла-назначения, указанный в этом пакете, мой IP-адрес?

Маршрутизация

• Маршрутизаторы анализируют IP-адрес назначения, чтобы направлять пакеты к соответствующим сетям.
• Поиск сетей в таблицах маршрутизации.
• Пересылка пакета к следующему маршрутизатору или к узлу, если он принадлежит сети, непосредственно подключенной к маршрутизатору.

• 172.16.3.10

• 192.168.100.99

• Source IP = 192.168.100.99

• Destination IP = 172.16.3.10

Протоколы сетевого уровня

• Протокол Internet (IPv4 и IPv6) является наиболее известным протоколом сетевого уровня. В этом курсе будет рассматриваться только протокол IP.

Основные свойства IPv4 …

• ТСР сегменты, инкапсулированные в IPпакеты

• IP пакеты передаются по сетям

Без установки соединения (Connectionless)

• Протокол IP не уведомляет узел-назначения об установлении соединения.
• Какой протокол Уровня 4 на узле-источника устанавливает соединение?
• TCP: Протокол, ориентированный на установление соединения
• Какой протокол Уровня 4 на узле-источника не устанавливает соединение?
• UDP: Протокол, не ориентированный на установление соединения

«Лучшее из возможного» (Best Effort Service) (негарантированная доставка)

• Уровень 3 (IP)
• Предпочтение отдается Скорости, но не надежности
• Ненадежность: нет средств для управления и восстановления искаженных или потерянных пакетов.
• Кто выполняет эти функции?
• Протокол TCP - установление сквозного соединения между узлами

Независимость от среды

• Канальный уровень модели OSI ответственен за прием пакета и его подготовку к передаче по физической среде.
• Транспортировка IP пакетов не ограничивается какой-либо физической средой передачи данных.
• При переходе от одной среды к другой иногда может потребоваться фрагментация пакета (причина – большой размер пакета).

IP Заголовок

• IP-адрес назначения (Destination Address)
• 32-разрядное двоичное значение, которое определяет адрес назначения на сетевом уровне.
• IP Source Address
• 32-разрядное двоичное значение, которое определяет адрес источника на сетевом уровне..

• Куда

• Откуда

Источник записывает значение в поле TTL.

• Источник записывает значение в поле TTL.
• Различные операционные системы применяют следующие значения :
• UNIX: 255
• Linux: 64 или 255 в зависимости от версии
• Microsoft Windows 95: 32
• Microsoft Vista, W7: 128

• IP TTL – Поле «Время жизни» (Time To Live)

Значение уменьшается на 1 каждым маршрутизатором.

• IP TTL – Поле «Время жизни» (Time To Live)

• Значение уменьшается на 1 каждым маршрутизатором.
• Если маршрутизатор уменьшает TTL до 0, то он отбрасывает пакет.
• Для чего необходим этот механизм TTL?
• Чтобы избежать зацикливание пакета между маршрутизаторами.

• Уменьшается на1, если 0, пакет отбрасывается.

Поле «Протокол»

• Поле Protocol позволяет службам сетевого уровня передавать данные соответствующему протоколу верхнего уровня.
• Примеры значений:
• 01 - ICMP
• 06 - TCP
• 17 - UDP

• Протокол = 06 TCP

Поле «Тип обслуживания»

• Поле Type-of-Service используется для определения приоритета каждого пакета.
• Позволяет использовать механизм Качества обслуживания (Quality-of-Service - QoS) для высокоприоритетного трафика.
• Каким типам трафика администратор должен назначать выокий приоритет ? Трафику, который критичен к задержкам.
• VoIP (голос)
• Streaming video (потоковое видео)

Адресация хостов (узлов) и сетей

IP–адреса === Первое знакомство

• Адреса хостов – это IP-адреса, назначаемые конечным устройствам, таким, как:
• Клиентским компьютерам
• Серверам
• Сетевым принтерам
• Интерфейсам маршрутизаторов
• Примечание: /16 - означает маску подсети

• Авиакомпания Kiwi – Адрес сети 172.16.0.0/16

• 172.16.10.100/16

• 172.16.10.55/16

• 172.16.10.3/16

• 172.16.20.77/16

• 172.16.20.96/16

• 172.16.20.103/16

• 172.16.30.39/16

• 172.16.30.10/16

• 172.16.30.111/16

• 172.16.40.123/16

• 172.16.40.51/16

• 172.16.40.29/16

• 172.16.1.1/16