เลเยอร์เครือข่าย: ประเภทและปัญหาการออกแบบ

ในขอบเขตของวิทยาการคอมพิวเตอร์ทั้งหมดแนวทางของ เครือข่าย Layer ช่วยให้ทราบเกี่ยวกับการโต้ตอบกับเครือข่ายที่ซับซ้อน มีการเปิดรับเลเยอร์เครือข่ายจำนวนมาก แต่โมเดลที่รู้จักกันดีคือวิธี OSI ที่มี 7 เลเยอร์ OSI (Open System Interconnection) แสดงภาพที่ชัดเจนของการส่งข้อมูลผ่านโปรโตคอลมาตรฐาน แต่เจ็ดชั้นเหล่านี้ทำหน้าที่อะไรกันแน่? ในกรอบเครือข่ายนี้ชั้นล่าง (1-4) ส่วนใหญ่ทำงานในการส่งข้อมูลและชั้นบน (5-7) จะจัดการกับข้อมูลระดับแอปพลิเคชัน แต่ละเลเยอร์จะถูกส่งไปพร้อมกับงานที่เกี่ยวข้องจากนั้นส่งข้อมูลไปยังเลเยอร์ถัดไป ในบทความนี้เราจะอธิบายถึงแนวคิดของเลเยอร์เครือข่ายฟังก์ชันการทำงานปัญหา โปรโตคอล และบริการ

Network Layer คืออะไร?

เลเยอร์เครือข่ายมีหน้าที่จัดการ ซับเน็ต ประสิทธิภาพ. เลเยอร์นี้มุ่งเน้นไปที่การควบคุมการทำงานของการส่งข้อมูลเทคโนโลยีการกำหนดเส้นทางและการสลับการส่งต่อและการจัดลำดับแพ็คเก็ตการจัดการข้อผิดพลาดการจัดการกับการสร้างเส้นทางตรรกะและการควบคุมความแออัด

ประเภทของเลเยอร์เครือข่าย

ประสิทธิภาพการทำงานร่วมกันของเลเยอร์ทั้งเจ็ดในรูปแบบเครือข่าย OSI ทำให้เป็นแนวทางที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในแอปพลิเคชันทั้งหมด

แนวทาง OSI

เซสชันด้านล่างอธิบายการทำงานของแต่ละเลเยอร์:

1). Application Layer

มันรักษาการปฏิสัมพันธ์ของมนุษย์และคอมพิวเตอร์ทั้งหมดและที่ที่แอปพลิเคชันสามารถเข้าถึงได้สำหรับกิจกรรมเครือข่าย หมายความว่าชั้นแอปพลิเคชันให้บริการสำหรับกิจกรรมต่างๆเช่นอีเมลซอฟต์แวร์เครือข่ายและการส่งไฟล์ ในแบบจำลอง OSI เลเยอร์นี้มีโปรโตคอลการสื่อสารและวิธีการเชื่อมต่อที่ใช้สำหรับการสื่อสารระหว่างกระบวนการผ่าน IP เลเยอร์นี้เป็นเพียงการกำหนดมาตรฐานการสื่อสารและขึ้นอยู่กับเลเยอร์การขนส่งด้านล่างเพื่อจัดการการแลกเปลี่ยนข้อมูลและสร้างเส้นทางการถ่ายโอนข้อมูลจากโฮสต์ไปยังข้อมูล

2). เลเยอร์การนำเสนอ

ข้อมูลเหล่านี้จะถูกเก็บรักษาไว้ในรูปแบบที่ใช้งานได้และที่นี่จะมีฟังก์ชันการทำงานของข้อมูล การเข้ารหัส . เลเยอร์การนำเสนอทำงานเพื่อส่งข้อมูลในแบบจำลองที่เลเยอร์แอปพลิเคชันยอมรับ ในบางกรณีเลเยอร์นี้เรียกว่าชั้นไวยากรณ์ เลเยอร์นี้ทำให้แน่ใจว่าข้อมูลที่ส่งโดยเลเยอร์แอปพลิเคชันในระบบหนึ่งสามารถถอดรหัสได้โดยเลเยอร์แอปพลิเคชันของระบบอื่น

3). ชั้นเซสชัน

ทำงานกับฟังก์ชันการทำงานของการเชื่อมต่อและมีหน้าที่จัดการเซสชันและพอร์ตต่างๆ เลเยอร์เซสชันทำงานเพื่อประสานและจบการสนทนาการอภิปรายระหว่างแอปพลิเคชันและการแลกเปลี่ยน

4). เลเยอร์การขนส่ง

เลเยอร์นี้ดำเนินกิจกรรมการส่งข้อมูลผ่านโปรโตคอลที่ประกอบด้วย UDP และ TCP จะถ่ายโอนข้อมูลข้ามโฮสต์และระบบปลายทาง จัดการการกู้คืนข้อผิดพลาดจากต้นทางถึงปลายทางและการควบคุมการไหล เลเยอร์การขนส่งให้บริการต่างๆเช่นการจัดการโฟลว์มัลติเพล็กซ์การสื่อสารที่เน้นการเชื่อมต่อและแม้แต่จัดการความสอดคล้อง ชั้นนี้มีหน้าที่ในการจัดส่งข้อมูลไปยังขั้นตอนการสมัครที่แน่นอนผ่านคอมพิวเตอร์แม่ข่าย นอกจากนี้ยังมีการมัลติเพล็กซ์ทางสถิติที่ไปพร้อมกับการแบ่งกลุ่มข้อมูลการเพิ่มรหัสพอร์ตต้นทางและปลายทางในส่วนหัวของเลเยอร์การขนส่ง

5). เลเยอร์เครือข่าย

กำหนดที่อยู่ของเส้นทางทางกายภาพที่ข้อมูลจะต้องถูกส่ง เลเยอร์นี้มุ่งเน้นไปที่การควบคุมการทำงานของการส่งข้อมูลเทคโนโลยีการกำหนดเส้นทางและการสลับการส่งต่อและลำดับแพ็กเก็ตการจัดการข้อผิดพลาดการสร้างเส้นทางตรรกะและการควบคุมความแออัด

6). ดาต้าลิงค์เลเยอร์

เลเยอร์นี้ทำงานเกี่ยวกับการทำงานของการเข้ารหัสและการถอดรหัสแพ็กเก็ตข้อมูล ให้ข้อมูลเกี่ยวกับโปรโตคอลการส่งและควบคุมข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นในเลเยอร์ฟิสิคัลการควบคุมการไหลและการซิงโครไนซ์เฟรม เลเยอร์นี้ให้บริการต่างๆเช่นการจัดเฟรมแพ็กเก็ตข้อมูลการซิงโครไนซ์เฟรมการกำหนดที่อยู่ทางกายภาพการสลับการจัดเก็บและการส่งต่อและอื่น ๆ อีกมากมาย

7). ชั้นทางกายภาพ

ส่งข้อมูลดิบผ่านสื่อทางกายภาพ ชั้นทางกายภาพจัดเตรียมอินเทอร์เฟซเชิงกลขั้นตอนและทางไฟฟ้าสำหรับตัวกลางในการส่งผ่าน มันยังอธิบายความถี่การแพร่ภาพคุณสมบัติของขั้วต่อไฟฟ้าและปัจจัยระดับต่ำอื่น ๆ

หน้าที่ของ Network Layer

เรามาดูคำศัพท์ข้างต้นที่เลเยอร์เครือข่ายดำเนินการ:

• ที่อยู่ - ดูแลทั้งที่อยู่ต้นทางและปลายทางที่ส่วนหัวของเฟรม เลเยอร์เครือข่ายทำการกำหนดแอดเดรสเพื่อค้นหาอุปกรณ์เฉพาะบนเครือข่าย
• แพ็คเก็ต - เลเยอร์เครือข่ายทำงานกับการแปลงแพ็กเก็ตที่ได้รับจากชั้นบน คุณลักษณะนี้ทำได้โดย Internet Protocol (IP)
• การกำหนดเส้นทาง - ถือว่าเป็นฟังก์ชันหลักเลเยอร์เครือข่ายจะเลือกเส้นทางที่ดีที่สุดสำหรับการส่งข้อมูลจากจุดต้นทางไปยังปลายทาง
• อินเทอร์เน็ต - อินเทอร์เน็ตทำงานเพื่อส่งมอบการเชื่อมต่อเชิงตรรกะผ่านอุปกรณ์หลายเครื่อง

ปัญหาการออกแบบเลเยอร์เครือข่าย

เลเยอร์เครือข่ายมีปัญหาในการออกแบบบางอย่างและสามารถอธิบายได้ดังต่อไปนี้:

1). Store-and-Forward Packet Switching

องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดคืออุปกรณ์ของผู้ให้บริการ (การเชื่อมต่อระหว่างเราเตอร์ผ่านสายส่ง) และอุปกรณ์ของลูกค้า

การสลับแพ็คเก็ตแบบจัดเก็บและส่งต่อ

• H1 มีการเชื่อมต่อโดยตรงกับเราเตอร์ของผู้ให้บริการ 'A' ในขณะที่ H2 เชื่อมต่อกับเราเตอร์ของผู้ให้บริการ 'F' บนการเชื่อมต่อ LAN
• หนึ่งในเราเตอร์ของผู้ให้บริการ 'F' จะชี้อยู่นอกอุปกรณ์ของผู้ให้บริการเนื่องจากไม่ได้อยู่ภายใต้ผู้ให้บริการในขณะที่ถือว่าเป็นโปรโตคอลซอฟต์แวร์และโครงสร้าง
• เครือข่ายสวิตชิ่งนี้ทำหน้าที่ในการส่งข้อมูลเกิดขึ้นเมื่อโฮสต์ (H1) ที่มีแพ็กเก็ตถ่ายโอนไปยังเราเตอร์ใกล้เคียงผ่าน LAN (หรือ) การเชื่อมต่อแบบจุดต่อจุดกับผู้ให้บริการ ผู้ให้บริการจัดเก็บแพ็คเก็ตจนกว่าจะมาถึงอย่างสมบูรณ์เพื่อยืนยันการตรวจสอบ
• หลังจากนั้นแพ็กเก็ตจะถูกส่งผ่านเส้นทางจนกว่าจะถึง H2

2). บริการที่จัดหาให้กับ Transport Layer

ผ่านอินเทอร์เฟซของเลเยอร์เครือข่าย / การขนส่งเลเยอร์เครือข่ายจะให้บริการไปยังเลเยอร์การขนส่ง อาจมีคำถามว่าเลเยอร์เครือข่ายให้บริการประเภทใด?

ดังนั้นเราจะย้ายไปด้วยคำถามเดียวกันและค้นหาบริการที่มีให้

บริการที่นำเสนอโดยเลเยอร์เครือข่ายมีการระบุไว้โดยพิจารณาจากวัตถุประสงค์บางประการ นั่นคือ:

• การให้บริการต้องไม่ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีเราเตอร์
• ชั้นการขนส่งจำเป็นต้องได้รับการปกป้องจากประเภทหมายเลขและโทโพโลยีของเราเตอร์ที่มีอยู่
• เครือข่ายที่อยู่ในเลเยอร์การขนส่งจำเป็นต้องเป็นไปตามสถานการณ์การกำหนดหมายเลขที่สอดคล้องกันที่การเชื่อมต่อ LAN และ WAN

บันทึก: ถัดมาเป็นสถานการณ์ของการเชื่อมต่อที่มุ่งเน้นหรือไม่มีการเชื่อมต่อ

ที่นี่สามารถจัดกลุ่มได้สองกลุ่มตามบริการที่นำเสนอ

ไม่มีการเชื่อมต่อ - ที่นี่การกำหนดเส้นทางและการแทรกแพ็กเก็ตลงในซับเน็ตทำได้ทีละรายการ ไม่จำเป็นต้องตั้งค่าเพิ่มเติม

เน้นการเชื่อมต่อ - ซับเน็ตต้องให้บริการที่เชื่อถือได้และแพ็กเก็ตทั้งหมดจะถูกส่งผ่านเส้นทางเดียว

3). การใช้งานบริการ Connectionless

ในสถานการณ์สมมตินี้แพ็กเก็ตถูกเรียกว่าดาตาแกรมและซับเน็ตที่เกี่ยวข้องถูกเรียกว่าซับเน็ตดาตาแกรม การกำหนดเส้นทางในเครือข่ายย่อยดาตาแกรมมีดังนี้:

เครือข่ายย่อยดาตาแกรม

ตารางความจริง

เมื่อขนาดข้อความที่ต้องส่งเป็น 4 เท่าของขนาดแพ็คเก็ตเลเยอร์เครือข่ายจะแบ่งออกเป็น 4 แพ็กเก็ตจากนั้นส่งแต่ละแพ็กเก็ตไปยังเราเตอร์ 'A' ผ่านโปรโตคอลสองสามตัว เราเตอร์แต่ละตัวจะมาพร้อมกับตารางเส้นทางที่จะใช้ตัดสินจุดปลายทาง
ในรูปด้านบนเป็นที่ชัดเจนว่าแพ็กเก็ตจาก 'A' จำเป็นต้องส่งไปยัง B หรือ C แม้ว่าปลายทางจะเป็น 'F' ก็ตาม ตารางเส้นทางของ 'A' ระบุไว้อย่างชัดเจนด้านบน

ในขณะที่ในกรณีของแพ็กเก็ต 4 แพ็กเก็ตจาก 'A' จะถูกส่งไปที่ 'B' แม้โหนดปลายทางจะเป็น 'F' ก็ตาม แพ็กเก็ต 'A' เลือกที่จะส่งแพ็กเก็ต 4 ผ่านเส้นทางที่แตกต่างจากสามเส้นทางเริ่มต้น เหตุการณ์นี้อาจเกิดขึ้นเนื่องจากการจราจรติดขัดตลอดเส้นทาง ACE ดังนั้น

4). การใช้บริการที่เน้นการเชื่อมต่อ

ที่นี่ฟังก์ชันการทำงานของบริการที่เน้นการเชื่อมต่อจะทำงานบนเครือข่ายย่อยเสมือน เครือข่ายย่อยเสมือนจะดำเนินการหลีกเลี่ยงเส้นทางใหม่สำหรับการส่งข้อมูลแต่ละแพ็กเก็ต แทนสิ่งนี้เมื่อมีการเชื่อมต่อเส้นทางจากโหนดต้นทางไปยังโหนดปลายทางจะถูกเลือกและดูแลในตาราง เส้นทางนี้ดำเนินการในช่วงเวลาที่การจราจรคับคั่ง

ในเวลาที่ปล่อยการเชื่อมต่อเครือข่ายย่อยเสมือนจะถูกปิดด้วย ในบริการนี้ทุกแพ็กเก็ตจะมีตัวระบุของตัวเองซึ่งระบุที่อยู่ที่แน่นอนของวงจรเสมือน แผนภาพด้านล่างแสดงไฟล์ อัลกอริทึมการกำหนดเส้นทาง ในเครือข่ายย่อยเสมือน

การใช้บริการที่เน้นการเชื่อมต่อ

โปรโตคอลการกำหนดเส้นทางเลเยอร์เครือข่าย

โปรโตคอลการกำหนดเส้นทางเครือข่ายมีหลายประเภท โปรโตคอลทั้งหมดอธิบายไว้ด้านล่าง:

1). โปรโตคอลข้อมูลเส้นทาง

โปรโตคอลนี้ส่วนใหญ่ใช้ในเครือข่าย LAN และ WAN ในที่นี้จัดเป็นโปรโตคอลเกตเวย์ภายในสำหรับการใช้อัลกอริทึมเวกเตอร์ระยะทาง

2). โปรโตคอลการกำหนดเส้นทางภายในเกตเวย์

โปรโตคอลนี้ใช้สำหรับการกำหนดเส้นทางข้อมูลภายในไปยังระบบอิสระ จุดมุ่งหมายหลักที่อยู่เบื้องหลังโปรโตคอลนี้คือการทำลายข้อ จำกัด ของ RIP ในเครือข่ายที่ซับซ้อน มันยังจัดการเมตริกต่างๆสำหรับทุกเส้นทางพร้อมกับความสม่ำเสมอแบนด์วิดท์และโหลดล่าช้า ฮอปที่ยิ่งใหญ่ที่สุดคือ 255 และการอัปเดตเส้นทางจะถูกส่งในอัตรา 90 วินาที

3). เปิดเส้นทางที่สั้นที่สุดก่อน

ถือเป็นโปรโตคอลการกำหนดเส้นทางที่ใช้งานอยู่ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในอินเทอร์เน็ตโปรโตคอล โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันเป็นโปรโตคอลการกำหนดเส้นทางสถานะลิงค์และย้ายไปสู่การจำแนกประเภทของโปรโตคอลเกตเวย์ภายใน

4). ภายนอกเกตเวย์โปรโตคอล

โปรโตคอลการกำหนดเส้นทางที่ดีที่สุดที่เลือกสำหรับกิจกรรมทางอินเทอร์เน็ตคือโปรโตคอลเกตเวย์ภายนอก มีสถานการณ์ที่แตกต่างกันเมื่อเปรียบเทียบกับโปรโตคอลเวกเตอร์เส้นทางและระยะทาง โปรโตคอลนี้เป็นไปตามโทโพโลยีเช่นเดียวกับต้นไม้

5). โปรโตคอลการกำหนดเส้นทางเกตเวย์ภายในที่ปรับปรุงแล้ว

เป็นโปรโตคอลการกำหนดเส้นทางเวกเตอร์ระยะทางในการปรับปรุงการเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อลดความไม่เสถียรในการกำหนดเส้นทางที่เกิดขึ้นหลังจากการปรับเปลี่ยนโทโพโลยีนอกเหนือจากการใช้แบนด์วิดท์และความสามารถในการประมวลผล โดยทั่วไปการเพิ่มประสิทธิภาพจะขึ้นอยู่กับการทำงานแบบ DUAL จาก SRI ซึ่งทำให้แน่ใจว่ากระบวนการที่ไม่ต้องวนซ้ำและจัดเตรียมขอบเขตสำหรับการเชื่อมต่ออย่างรวดเร็ว

6). โปรโตคอล Border Gateway

โปรโตคอลนี้มีหน้าที่ดูแลตารางของเครือข่ายอินเทอร์เน็ตโปรโตคอลที่จัดการความสามารถในการเข้าใกล้เครือข่ายระหว่าง AS นี่คือข้อต่อในรูปแบบของโปรโตคอลเวกเตอร์เส้นทาง ที่นี่จะไม่มีการใช้เมตริก IGP ทั่วไป แต่จะขึ้นอยู่กับการตัดสินใจขึ้นอยู่กับเส้นทางและกฎของเครือข่าย

7). Intermediate System-to-Intermediate System

ส่วนใหญ่จะใช้อุปกรณ์เครือข่ายซึ่งเป็นตัวกำหนดวิธีการที่ดีที่สุดสำหรับการส่งดาตาแกรมและรหัสสถานการณ์นี้เรียกว่าการกำหนดเส้นทาง

บริการเลเยอร์เครือข่าย

เลเยอร์เครือข่ายให้บริการที่อนุญาตให้อุปกรณ์ปลายทางสำหรับการแลกเปลี่ยนข้อมูลข้ามเครือข่าย เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ใช้ประโยชน์จากสี่กระบวนการที่มีอยู่

• ที่อยู่อุปกรณ์ปลายทาง
• การห่อหุ้ม
• การกำหนดเส้นทาง
• De-encapsulation

ด้วยโปรโตคอลการกำหนดเส้นทางประเภทบริการและเฟรมเวิร์กอื่น ๆ เลเยอร์เครือข่ายจึงเป็นตัวรองรับที่ดีเยี่ยมสำหรับโมเดล OSI การทำงานของเลเยอร์เครือข่ายมีอยู่ในเราเตอร์ทุกตัว โปรโตคอลทั่วไปส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับเลเยอร์เครือข่ายคือ อินเทอร์เน็ตโปรโตคอล และ Netware IPX / SPX เนื่องจากเลเยอร์เครือข่ายถูกนำไปใช้งานโดยหลายองค์กรเรียนรู้ข้อมูลเชิงลึกที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับวิธีการที่เลเยอร์เครือข่ายเชื่อมโยงกับอะไร?