WARSTWA SIECI

Warstwa sieci (warstwa 3 modelu OSI) zapewnia usługi wymiany fragmentów danych poprzez sieć pomiędzy określonymi urządzeniami końcowymi. Do realizacji transportu pomiędzy dwoma urządzeniami końcowymi warstwa 3 używa czterech podstawowych procesów:

• adresowanie,

• enkapsulacja,

• routing,

• dekapsulacja.

Routing

Usługi pozwalające na skierowanie pakietów do ich hosta docelowego. Aby osiągnąć swój cel każdy z pakietów musi być odpowiednio kierowany przez sieć w wzdłuż jego drogi. Urządzenia pośrednie, które łączą sieci nazywane są routerami. Zadaniem routera jest wybranie odpowiedniej ścieżki i skierowanie pakietów do celu. Proces ten nazywany jest routingiem.

Podczas routingu poprzez intersieć, pakiet może przemierzać wiele urządzeń pośrednich. Każdy etap wędrówki, który pakiet wybiera w celu osiągnięcia następnego urządzenia nazywany jest przeskokiem (ang. hop). Podczas przekazywania pakietu, jego zawartość (jednostka PDU warstwy transportowej) pozostaje niezmieniona dopóki host docelowy nie zostanie osiągnięty.

Przykładowe protokoły warstwy sieci:

• Protokół IPv4 (Internet Protocol version 4)

• Protokół IPv6 (Internet Protocol version 6)

• Protokół Novell IPX (Internetwork Packet Exchange)

• Protokół AppleTalk

• Bezpołączeniowa usługa sieciowa (CLNS/DECNet)

PROTOKÓŁ IPv4

Ogólna charakterystyka:

• Bezpołączeniowy - przed wysyłaniem danych nie jest zestawiane żadne połączenie.

• Działa na zasadzie dostępnych możliwości (ang. Best Effort) - protokół nie posiada mechanizmów zapewniających gwarancję dostarczenia pakietu.

• Niezależny od używanego medium - pracuje niezależnie od medium użytego do transportu danych.

Protokół IP jest często określany, jako zawodny protokół - nie posiada zdolności do zarządzania i odzyskiwania niedostarczonych lub uszkodzonych pakietów.

Protokół IP nie jest zależny od wykorzystywanego medium transmisyjnego, bierze pod uwagę jedynie: maksymalny rozmiar jednostki PDU, które poszczególne media mogą przetransportować. Wartość ta jest określana jako MTU (Maximum Transmission Unit). Częścią komunikacji kontrolnej pomiędzy warstwą łącza danych a warstwą sieci jest ustalenie MTU dla pakietu. Warstwa łącza danych przekazuje MTU do warstwy sieci. Warstwa sieci określa wtedy, jak duże pakiety ma stworzyć.

W niektórych przypadkach, pośrednie urządzenie - zwykle router - musi podzielić pakiet, gdy przekazuje go z jednego medium do kolejnego z mniejszym MTU. Proces ten jest nazywany dzieleniem pakietów lub fragmentacją.

Nagłówek pakietu IPv4

Czas życia (TTL)

Czas życia pakietu jest 8-bitową wartością binarną, która określa pozostały czas życia pakietu. Wartość TTL jest zmniejszana o co najmniej 1 za każdym razem, gdy pakiet przechodzi przez router (tj. za każdym przeskokiem). Kiedy wartość osiąga 0, router porzuca pakiet i jest on usunięty ze strumienia danych w sieci. Mechanizm ten chroni pakiety, które nie mogą osiągnąć celu przed przekazywaniem w nieskończoność pomiędzy routerami w tzw. pętli routingu.

Protokół

Ta 8-bitowa wartość wskazuje typ danych, które pakiet przenosi. Pole protokołu umożliwia warstwie sieci przekazać dane do odpowiedniego protokołu warstwy wyższej. Przykładowymi wartościami są:

• 01 ICMP,

• 06 TCP,

• 17 UDP.

Typ usługi (ToS)

Pole typu usługi zawiera 8-bitową wartość binarną, która używana jest do określenia priorytetu każdego pakietu. Ta wartość umożliwia zastosowanie mechanizmów QoS w stosunku do pakietów o wysokim priorytecie.

Przesunięcie fragmentu

Protokół IPv4 używa pola przesunięcia fragmentu i flagi MF w nagłówku IP do rekonstrukcji podzielonego pakietu, kiedy ten przybędzie do hosta docelowego. Pole przesunięcia fragmentu wskazuje porządek, w jakim ma być ustawiony każdy z pakietów podczas rekonstrukcji.

Flaga MF (ang. More Fragments)

Flaga MF jest pojedynczym bitem w polu flagi używanym z polem przesunięcia fragmentu do podziału i rekonstrukcji pakietów. Gdy bit flagi MF jest ustawiony, oznacza to, że nie jest on ostatnim fragmentem pakietu.

Flaga DF (ang. Don't Fragment)

Flaga DF jest pojedynczym bitem w polu flagi, które wskazuje, że fragmentowanie pakietu jest niedozwolone. Jeżeli router musi podzielić pakiet, aby móc przepuścić go do warstwy łącza danych lecz flaga DF jest ustawiona na 1, wtedy router porzuci dany pakiet.

Wersja - Zawiera numer wersji protokołu IP (4).

Długość nagłówka (IHL) - Określa rozmiar nagłówka pakietu w 32 bitowych słowach.

Długość pakietu - To pole podaje w bajtach całkowitą wielkość pakietu, zawierającą nagłówek oraz dane.

Identyfikacja - To pole jest używane do jednoznacznego identyfikowania fragmentów podzielonego pakietu IP.

Suma kontrolna nagłówka - Pole sumy kontrolnej używane jest do sprawdzenia błędów nagłówka pakietu.

Opcje - Jest to miejsce na dodatkowe pola w nagłówku IPv4 do obsługi innych usług. Jest ono jednak rzadko używane.

ROUTING

Tablica routingu przechowuje informacje o przyłączonych do routera i odległych sieciach. Trasy do tych sieci mogą być skonfigurowane ręcznie na routerze przez administratora lub nauczone automatycznie przy użyciu dynamicznych protokołów routingu.

Trasy w tablicy routingu posiadają trzy główne parametry:

• sieć docelowa,

• następny przeskok,

• metryka.

Router dopasowuje adres docelowy zapisany w nagłówku pakietu do sieci docelowej trasy w tablicy routingu i przekazuje pakiet do routera następnego przeskoku, określonego przez tą trasę. Jeśli są dwie lub więcej możliwych tras do tego samego celu, do podjęcia decyzji, która trasa pojawi się w tablicy routingu, używana jest metryka.

Jeżeli trasa reprezentująca sieć docelową nie występuje w tablicy routingu routera, pakiet będzie porzucony. Router może również używać trasy domyślnej (adres IP 0.0.0.0), aby przekazać dalej pakiet. Trasa domyślna jest używana, kiedy sieć docelowa nie jest reprezentowana przez żadną inną trasę w tablicy routingu.

Tablica Routingu Hostów

Host tworzy trasy służące do przesyłania pakietów z miejsca ich pochodzenia. Te trasy pochodzą z sieci przyłączonych i z konfiguracji bramy domyślnej.

Zatem hosty potrzebują lokalnej tablicy routingu, aby zapewnić pakietom w warstwie sieci prawidłowy kierunek przesyłania do sieci docelowej. W odróżnieniu od tablicy routingu w routerach, ktore zawierają trasy lokalne i zdalne, lokalne tablice hostów zwykle zawierają trasy do sieci bezpośrednio przyłączonych oraz własną trasę domyślną do bramy. Konfigurując adres bramy domyślnej na hoście, tworzy się lokalną trasę domyślną.

Używając poniższych opcji dla komendy route można zmieniać zawartość tablicy routingu:

• route ADD

• route DELETE

• route CHANGE

Routing dynamiczny

Protokoły routingu są zbiorem reguł, za pomocą których routery dzielą się dynamicznie informacjami o routingu. W momencie stwierdzenia przez dany router zmian w sieciach, dla których pełni on rolę bramy, bądź stanów łączy pomiędzy routerami, niniejsze informacje są przekazywane do kolejnych routerów. Kiedy router otrzymuje informacje o nowych lub zmienionych trasach, aktualizuje własną tablicę routingu i następnie przekazuje te informacje do innych routerów. W ten sposób wszystkie routery posiadają tablice routingu odzwierciedlające stan sieci, które są aktualizowane dynamicznie i mogą uczyć się tras do zdalnych sieci, które są wiele przeskoków dalej.

Powszechnie stosowane protokoły routingu to:

• protokół RIP (ang. Routing Information Protocol),

• protokół EIGRP (ang. Enhanced Interior Gateway Routing Protocol),

• protokół OSPF (ang. Open Shortest Path First)