Презентация лекции "Сетевой уровень". План лекции: Место сетевого уровня в модели OSI История создания Назначение сетевого уровня Задачи сетевого уровня Маршрутизаторы Сетевой уровень в стеке протоколов TCP/IP

1. Сети и системы телекоммуникаций
Сетевой уровень
ИМКН УрФУ

2. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Место сетевого уровня в модели OSI
История создания
Назначение сетевого уровня
Задачи сетевого уровня
Маршрутизаторы
Сетевой уровень в стеке протоколов TCP/IP
План
2

3. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Сетевой уровень (network layer)
объединяет сети, построенные
на основе разных технологий
• Ethernet
• Wi-Fi
• MPLS
• ATM, TokenRing, FDDI
(устаревшие)
Место в модели OSI
3
Физический
Канальный
Сетевой
Транспортный
Сеансовый
Представления
Прикладной

4. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Винcтон Серф, Роберт Кан:
• Первые выдвинули идею сетевого уровня в 1974
• «Отцы» Интернета
• Премия Тьюринга
Сетевой уровень - «основа» Интернет
История создания
4

5. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Мы умеем передавать данные между
компьютерами:
• Ethernet
• Wi-Fi
• и многое другое (было раньше)!
Зачем нужен еще один уровень?
Назначение сетевого уровня
5

6. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Мы умеем передавать данные между
компьютерами:
• Ethernet
• Wi-Fi
• и многое другое (было раньше)!
Зачем нужен еще один уровень?
Проблемы:
• Различия (существенные!!?) технологий канального
уровня
• Ограничения по масштабируемости
Назначение сетевого уровня
6

7. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Сервис
• С гарантией доставки и порядка следования сообщений
• С гарантией доставки (Wi-Fi)
• Без гарантии доставки (Ethernet)
Адресация
• Разный размер, плоская, иерархическая
Широковещание
• Поддерживается или нет
Размер пакета (MTU)
• Ethernet – 1500, Wi-Fi - 2304
Формат кадра
Различия сетей
7

8. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Тип сервиса
• Кадры из Wi-Fi принимаются с отправкой
подтверждения, а в Ethernet отправляются без
подтверждений
Адресация:
• Глобальные адреса, не зависимые от конкретных
технологий
• Методы преобразования глобального адреса в
локальный (ARP для TCP/IP)
Широковещание:
• Пакеты отправляются всем хостам в сети по
индивидуальным адресам
Согласование различий в сетях
8

9. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Фрагментация
9
Сеть 1,
MTU1
Сеть 2,
MTU2
Сеть 3,
MTU3
Сеть 4,
MTU4

10. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Ethernet – доминирующая технология канального
уровня
Wi-Fi – адаптация Ethernet для беспроводной
среды:
• Формат адресов одинаков
• Формат кадра уровня LLC одинаков
• Можно обеспечить согласование Wi-Fi и Ethernet без
маршрутизации (режим моста Wi-Fi маршрутизатора)
• Распределительная система Wi-Fi проводная (сейчас на
Ethernet)
Почему нельзя строить сети только на Ethernet?
Ethernet везде!
10

11. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Таблица коммутации:
• Должна содержать MAC адреса всех хостов в сети
• Сколько хостов в Интернет?
• Сколько памяти нужно для хранения такой таблицы?
• Как быстро будет осуществляться поиск?
Отправка пакетов на все порты:
• Если коммутатор не знает, где находится хост, он
отправляет кадр на все порты
• Сколько «лишних» кадров будет передаваться в
Интернет?
Отсутствие дублирующих путей между
коммутаторами:
• STP обнаруживает и отключает дублирующие пути
• Активный путь всегда только один
Масштабируемость Ethernet
11

12. Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов
1
STP в локальной сети
12
2
3
4
5
4
4
8
8
88
12
12

13. Сети и системы телекоммуникаций. Дополнительные функции коммутаторов
1
STP в глобальной сети
13
2
3
4
5
4
4
8
8
88
12
12
ЕкатеринбургАмстердам
Москва
ЧелябинскСанкт-Петербург

14. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Агрегация адресов:
• Работа не с отдельными адресами, а с блоками адресов
• Блок адресов - сеть
Запрет пересылки «мусорных» пакетов:
• Пакет отбрасывается, если нельзя определить, куда
его нужно отправлять
Возможность наличия нескольких путей в сети:
• Одна из основных причин создания сетей с пакетной
коммутацией
• Допускается несколько активных путей
• Задача выбора лучшего пути - маршрутизация
Масштабируемость на сетевом уровне
14

15. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Объединение сетей (internetworking)
Маршрутизация
Обеспечение качества обслуживания
Задачи сетевого уровня
15

16. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Оборудование
16
Уровень модели OSI Оборудование
Физический Концентратор
Канальный Коммутатор, точка
доступа
Сетевой Маршрутизатор

17. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Маршрутизатор – устройство, объединяющее
несколько сетей
Умеет согласовывать различия в сетях
Имеет несколько сетевых интерфейсов и адрес в
каждой сети, к которой подключен
Должен стоять на каждой границе объединения
сетей
Маршрутизатор
17

18. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Маршрутизатор
18
Маршрутизатор 3
Сеть 1
Сеть 3
Сеть 2
Сеть 5Сеть 4
Маршрутизатор 1
Маршрутизатор 2
Маршрутизатор 4
Маршрутизатор 5
IP11 IP12
IP31
IP34
IP33
IP54 IP55
IP45
IP42
IP22
IP23

19. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Маршрутизация (routing) – поиск маршрута
доставки пакета между сетями через транзитные
узлы – маршрутизаторы
• Учет изменений в топологии сети
• Учет загрузки каналов связи и маршрутизаторов
Продвижение (forwarding) – передача пакета
внутри маршрутизатора в соответствии с
правилами маршрутизации
Маршрутизация
19

20. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Маршрутизация
20

21. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Сетевой уровень в TCP/IP
21
Сетевых
интерфейсов
Сетевой
Транспортный
Прикладной
Ethernet WiFi DSL
IP
TCP UDP
HTTP SMTP DNS FTP
ICMP
ARP DHCP

22. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
IP (Internet Protocol) – основной протокол
сетевого уровня, обеспечивает передачу данных
ARP (Address Resolution Protocol) – протокол
определения локального адреса по глобальному
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) –
протокол автоматического назначения IP-адресов
компьютерам в сети
ICMP (Internet Control Message Protocol) –
управляющий протокол сетевого уровня
Протоколы сетевого уровня TCP/IP
22

23. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Место сетевого уровня в модели OSI
История создания
Назначение сетевого уровня
Задачи сетевого уровня
Маршрутизаторы
Сетевой уровень в стеке протоколов TCP/IP
Итоги
23

24. Сети и системы телекоммуникаций. Сетевой уровень
Вопросы?
24