Síťová vrstva přenosových systémů Flashcards
(7 cards)
Síťová vrstva - účel, přenosová jednotka, funkce, příklady
Účel: Směrování a předávání paketů mezi různými sítěmi.
Přenosová jednotka: Paket (packet).
Funkce: Adresace (IP adresy), směrování (routing), fragmentace paketů.
Příklady: IPv4, IPv6, směrovače (routery).
Směrování toku dat organizovaných do paketů. Třetí vrstva poskytuje prostředky pro transportní jednotky. Je zodpovědná za komunikaci na základě logických adres, směrování a přenos datových jednotek (datagram) k přijímači. Zajišťuje hlavně
nezávislost transportní vrstvy na směrování a propojování, dále také síťovou adresaci, management síťových spojů, prioritizaci přenosu nebo řazení datagramů. Může být se spojením nebo bez spojení. Směrování je vyhledání optimální cesty k cíli. Síťová vrstva také musí mít mechanismus mapování logických adres na fyzické.
Logické adresování, směrování mezi sítěmi
Síťová vrstva - Spínání paketů + služba se/bez spojení
Data jsou rozdělena do menších bloků nazývaných pakety, které se nezávisle přenášejí sítí.
Síťová vrstva hledá optimální cestu mezilehých uzlů mezi dvěma účastíky komunikace.
I když je více způsobů komutace, využívá se komutace paketů s typickou maximální délkou 1000–1500 B.
Služba se spojením - Před přenosem navazuje
spojení: během přenosu je zřejmé odkud kam pakety putují a proto nemusí obsahovat informaci o příjemci, mají však identifikátor toku. Jde o tzv. virtuální okruhy, kdy síťová
vrstva poskytuje dokonalý bezchybný kanál dodržující pořadí datových jednotek při přenosu. Dočasný virtuální okruh (SVC, Switched Virtual Connection) spojení připravuje před každým přenosem, pevný virtuální okruh (PVC, Permanent Virtual Connection) je definovaný v komunikačních uzlech, sestavuje se při zapnutí a není využitelný dalšími
uživateli.
Služba bez spojení -Také datagramové služby. Vyžaduje cílovou adresu v každém paketu. Při přenosu paketu může dojít ke změně pořadí nebo ztrátě paketu.
Síťová vrstva - Služby
1) Základní službou je vytváření paketů: Zapouzdření jednotky vyšší vrstvy, přidání záhlaví (adresy, informace).
2) Vyhledání logické adresy dalšího uzlu: Vyhledání cíle pro první
skok s využitím směrovací tabulky.
3) Vyhledání linkové adresy dalšího uzlu: Překlad logické adresy pro přenos po fyzickém médiu.
4) Rozdělení datagramu na menší jednotky: V případě potřeby (pokud je vytvořený paket větší než maximální povolená velikost).
5) Řízení chybových stavů: I když toto řeší transportní vrstva, síťová vrstva obsahuje protokol ICMP/ICMPv6, který řízení chybových stavů částečně poskytuje, např. může zasílat
choke packet signalizující požadavek o zpomalení.
6) Kvalita služeb (QoS): spočívá ve vyhrazení dostatečné kapacity pro aplikace, které ji vyžadují (videohovory a další aplikace běžící v reálném čase).
7) Směrování: Umožňuje dynamicky zjišťovat informace o vzdálených sítích pro účely směrování. Bezpečnost nebyla původně vůbec řešena, využívá se IPSec.
Služby na směrovači - Kontrola bezchybnosti přenosu paketu, vyhledání logické a linkové adresy dalšího prvku, rozdělení datagramu, je-li to v mezilehých uzlech povoleno.
Služby z pohledu cílové stanice - Kontrola bezchybnosti přenosu paketu, defragmentace rozdělených částí a předání
vyšší vrstvě.
Síťová vrstva - IPv4
IPv4 adresa má délku 32 bitů. Počet všech adres je označován jako adresní prostor s velikostí 2^32, tj. zhruba čtyři miliardy adres. IPv4 adresy se zapisují jako čtyři čísla v rozsahu [0, 255] oddělena tečkou, např. 147.229.71.29.
Adresa je rozdělena na dvě části:
Síťová část: Identifikuje konkrétní síť.
Hostitelská část: Identifikuje zařízení v rámci dané sítě.
Privátní adresy (např. 192.168.0.0/16) se používají uvnitř lokálních sítí a nejsou směrovatelné na internetu.
Veřejné adresy jsou jedinečné a směrovatelné na internetu.
Síťová vrstva - Maska sítě
Rozděluje IP adresu na adresu sítě a stanice. Určuje, jaká část IP adresy představuje síť a jaká část představuje konkrétní zařízení (host) v síti. Slouží k oddělení síťové části IP adresy od části určené pro jednotlivé uzly.
Maska sítě má stejnou délku jako IP adresa – tedy 32 bitů pro IPv4. Zapisuje se buď v podobě čtyř čísel oddělených tečkami (například 255.255.255.0), nebo zkráceně jako číslo udávající počet bitů síťové části (např. /24).
V síti je první adresa rezervovaná pro síť samotnou a poslední adresa pro všesměrové vysílání (pakety jsou doručovány všem v síti); ostatní adresy mohou být přiřazeny stanicím.
Historicky se adresní prostor IPv4 rozděloval pomocí tříd. V devadesátých letech se přešlo k beztřídnímu adresování, což umožnilo prostor rozdělit efektivněji.
Síťová vrstva - IPv4 Datagram
Při přenosu je zabalen do paketu vyšší vrstvy (Ethernet, ATM, . . . ). Zabalený datagram zůstává neměnný, s výjimkou proměnných polí jako hodnota čítače životnosti paketu.
Hlavička: Obsahuje klíčové informace pro zpracování datagramu.
Verze: Verze protokolu (IPv4 = 4).
Délka hlavičky: Určuje velikost hlavičky (obvykle 20 bajtů).
Celková délka: Velikost celého datagramu v bajtech.
Identifikace, příznaky, offset fragmentu: Používá se pro fragmentaci a opětovné sestavování.
TTL (Time to Live): Omezuje životnost datagramu, aby se zabránilo nekonečnému cyklení.
Protokol: Identifikuje protokol na vyšší vrstvě (např. TCP, UDP).
Zdrojová a cílová adresa: Logické adresy odesílatele a příjemce.
Užitečný obsah: Data předaná z vyšší vrstvy.
Směrování - Statické/dynamické
Existují dva typy směrovaní: statické a dynamické. Statické se téměř nepoužívá, protože je ho nutné ručně udržovat aktuální; lze ho však využít v koncových (a převážně statických) sítích.
Dynamické směrovaní průběžně reaguje na změny a upravuje tak směrovací tabulky. Nejčastějšími typy dynamického směrování jsou:
1) Centralizované směrovače posílají informace o okolních sítích do jednoho řídícího centra a to pak rozesílá směrovací tabulky zpět směrovačům.
2) Distribuované informace o změnách se předávají mezi sousedními směrovači.
3) Hierarchické sítě se rozdělují do několika oblastí, kde koncové prvky těchto oblastí
předávají informace mezi sebou. Každá oblast si provádí vlastní směrovaní.
4) Izolované směrovače si nevyměňují informace ale rozhodují se samy.
Nejznámější distribuované protokoly jsou RIP (nejmenší počet skoků, obnova informací každých 30 sekund); OSPF (hledání nejkratší cesty, obnova informací až při změně v síti) nabízí také možnost hierarchického směrování. Většina dynamických
směrovacích protokolů využívá nějakého algoritmu na nalezení nejkratší cesty. Základní požadavky na protokoly jsou minimalizace velikosti směrovacích tabulek (rychlost vyhledávání), minimalizace počtu přenášených zpráv (menší zátěž), robustnost (aby nedošlo k zacyklení paketu) a využití optimálních tras (nemusí být vždy nejrychlejší nebo nejkratší).
