"Информатика (углублённый уровень)", Калинин И.А., Самылкина Н.Н.
Сетевой уровень передаёт пакеты между устройствами, даже если они находятся в разных сетях. Для этого данные помещают в IP-пакеты с адресами отправителя и получателя, а маршрутизаторы пересылают их по направлению к нужной сети. Путь выбирается по таблицам маршрутизации, поэтому пакеты одного сообщения могут пройти разными маршрутами. Сам IP не гарантирует доставку и порядок: эти задачи при необходимости решают протоколы более высоких уровней.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Сетевой уровень — уровень сетевой модели, который обеспечивает передачу пакетов между устройствами через одну или несколько сетей. Он нужен, чтобы данные могли пройти не только внутри локальной сети, но и между удалёнными сетями. Для этого уровень использует адресацию и маршрутизацию.
IP-адрес — числовой адрес сетевого интерфейса, используемый для определения источника и получателя пакета. Интерфейсом называют точку подключения устройства к сети, например сетевую карту. Адрес помогает понять, откуда пакет отправлен и куда он направляется.
IP-пакет — единица данных сетевого уровня, содержащая полезную нагрузку и служебные сведения, в том числе адреса отправителя и получателя. Полезная нагрузка — это передаваемые данные, а служебная часть нужна для обработки пакета. По адресу назначения сеть определяет, в каком направлении передавать пакет.
Маршрутизатор — устройство, которое анализирует адрес назначения пакета и выбирает путь его дальнейшей передачи. Он соединяет сети и пересылает пакеты между ними. Для выбора направления маршрутизатор использует таблицу маршрутизации.
Сетевой уровень нужен, когда отправитель и получатель находятся в разных сетях. В пределах одной локальной сети устройства могут передавать данные друг другу напрямую, но для выхода за её границы требуется определить путь через промежуточные сети. Поэтому сетевой уровень связывает отдельные сети в систему, по которой можно передавать данные на большие расстояния. Без него адрес получателя не помог бы выбрать направление за пределами локального сегмента.
Перед отправкой данные помещают в IP-пакет и указывают в нём адреса источника и назначения. Адрес источника позволяет обозначить, откуда пришёл пакет, а адрес назначения сообщает сети, куда его нужно доставить. Маршрутизатор анализирует адрес назначения, потому что именно он нужен для выбора направления дальнейшей передачи. Служебные сведения пакета позволяют сетевым устройствам обработать его, не разбирая смысл самой полезной нагрузки.
Маршрутизатор выбирает следующий участок пути по таблице маршрутизации. В ней указано, через какой интерфейс или к какому следующему маршрутизатору отправлять пакеты для разных сетей назначения. Пакет не обязан сразу попасть к конечному устройству: сначала он достигает ближайшего подходящего маршрутизатора, а затем передаётся дальше. Так он может пройти через несколько маршрутизаторов, пока не окажется в сети получателя.
IP направляет пакет по адресу назначения, но не устанавливает надёжное соединение и не подтверждает получение каждого пакета. По дороге пакет может потеряться, прийти с ошибками или быть отброшен из-за проблем в сети. IP также не обещает, что отправленные пакеты дойдут в том же порядке, в каком были отправлены. Поэтому отсутствие доставки или изменение порядка не обязательно означает, что адресация была выполнена неверно.
Пакеты одного сообщения могут передаваться разными маршрутами, например если состояние сети меняется или для назначения доступны несколько путей. Из-за этого они способны прибыть не по порядку. Сетевой уровень отвечает за пересылку отдельных пакетов, а сборку данных и контроль надёжности при необходимости выполняют протоколы более высоких уровней. Такое разделение позволяет IP заниматься адресацией и доставкой по сети, не принимая на себя все задачи обмена данными.
| Этап | Что происходит | Какие сведения используются |
|---|---|---|
| Отправитель формирует пакет | Данные получают заголовок с адресами и другими служебными сведениями. | IP-адрес источника и IP-адрес назначения. |
| Пакет передаётся первому маршрутизатору | Если получатель находится вне локальной сети, пакет направляют к маршрутизатору. | Адрес назначения и настройки локальной сети. |
| Маршрутизатор выбирает следующий участок пути | Маршрутизатор сопоставляет сеть назначения с записью в своей таблице. | Адрес назначения и таблица маршрутизации. |
| Пакет проходит через промежуточные сети | Маршрутизаторы последовательно пересылают пакет дальше. | Сведения о следующем направлении на каждом участке. |
| Пакет доставляется в сеть получателя | Пакет достигает нужной сети, где его передают устройству назначения. | IP-адрес назначения и сведения о локальной доставке. |
Читайте таблицу сверху вниз: каждый этап описывает очередную часть пути от формирования пакета до сети получателя. В третьем столбце показано, какие данные помогают выполнить именно это действие. На промежуточных этапах маршрутизаторы выбирают направление не по содержимому сообщения, а по адресу назначения и своим таблицам.
Устройство отправляет данные другому устройству в той же локальной сети. Объясните, какие адреса позволяют определить отправителя и получателя пакета. Чтобы ответить, нужно сначала найти в условии сведения о сетевом уровне. Затем следует сопоставить каждый IP-адрес с его ролью, не смешивая IP-адреса с адресами канального уровня, которые применяются при передаче внутри локальной сети.
Ответ: источник пакета определяется по IP-адресу источника, а получатель — по IP-адресу назначения. То, что устройства находятся в одной локальной сети, не меняет назначения этих IP-адресов. Для доставки внутри сети могут дополнительно использоваться адреса канального уровня.
Пакет направляется на IP-адрес устройства в другой сети. Объясните, почему отправитель передаёт его маршрутизатору и какую роль играет таблица маршрутизации. Сначала нужно заметить, что получатель не находится в локальной сети отправителя. Само устройство не соединено напрямую со всеми удалёнными сетями, поэтому для передачи пакета требуется промежуточное устройство, способное пересылать его дальше.
Ответ: пакет передают маршрутизатору, потому что получатель находится за пределами локальной сети. Таблица маршрутизации помогает выбрать следующий участок пути к сети назначения. Если по дороге есть другие сети, пакет могут последовательно пересылать несколько маршрутизаторов.
Два IP-пакета одного сообщения прошли разными маршрутами, а второй прибыл раньше первого. Объясните, гарантирует ли сетевой уровень исходный порядок и какой уровень может собрать данные в нужной последовательности. Здесь важно разделить пересылку пакетов и работу с сообщением целиком. Скорость прохождения разных маршрутов может отличаться, поэтому один пакет способен обогнать другой.
Ответ: сетевой уровень не гарантирует исходный порядок пакетов. Пакеты действительно могут идти разными маршрутами, а второй может прийти раньше первого. Транспортный уровень может использовать сведения о последовательности, чтобы собрать данные в нужном порядке.
Считать IP-адрес адресом устройства вообще. IP-адрес относится к сетевому интерфейсу, а у одного устройства может быть несколько интерфейсов и адресов. Такую путаницу допускают, потому что в быту говорят об адресе компьютера, не уточняя его сетевую точку подключения. Проверь себя: если устройство подключено к нескольким сетям, у каждого интерфейса может быть свой IP-адрес.
Путать маршрутизатор с коммутатором. Маршрутизатор пересылает пакеты между сетями, используя сетевые адреса, а коммутатор передаёт кадры внутри локальной сети. Оба устройства участвуют в передаче данных, поэтому их функции легко смешать. Проверь себя вопросом: соединяет ли устройство разные сети и выбирает ли направление по IP-адресу назначения?
Полагать, что IP гарантирует доставку и порядок пакетов. IP обеспечивает передачу по адресу назначения, но не гарантирует, что пакет дойдёт или прибудет в нужной последовательности. Путаница возникает, когда всю передачу данных воспринимают как работу одного протокола. Проверь себя: если в условии говорится о подтверждении доставки или восстановлении порядка, это не следует приписывать самому IP.
Считать, что все пакеты сообщения обязательно идут одним маршрутом. Маршрутизаторы выбирают направление по таблицам и текущим правилам маршрутизации, поэтому пакеты могут идти разными путями. Обычно представляют путь как одну непрерывную линию, хотя сеть допускает несколько маршрутов. Проверь себя: уточни, есть ли в условии гарантия единого пути; если её нет, считай возможным прохождение пакетов разными маршрутами.
Для понимания сетевого уровня нужно знать, как данные передаются по сети и чем отличаются уровни сетевой модели. Это помогает не смешивать IP-адресацию с передачей данных внутри локальной сети и понимать, какие задачи выполняет каждый уровень. Знание маршрутизации пригодится при изучении транспортного уровня, настройки сетей и принципов работы Интернета. В частности, оно помогает объяснить, почему передача пакета по адресу и надёжный обмен данными — разные задачи.
Зачем нужен сетевой уровень, если устройства уже соединены в сеть?
Соединение в одной локальной сети позволяет обмениваться данными внутри неё, но не объясняет, как достичь устройства в другой сети. Сетевой уровень адресует пакеты и обеспечивает их передачу через маршрутизаторы между сетями.
Чем IP-адрес отличается от адреса, используемого внутри локальной сети?
IP-адрес относится к сетевому уровню и помогает определить источник и получателя пакета при передаче между сетями. Внутри локальной сети для передачи кадра используются адреса канального уровня, например MAC-адреса.
Как маршрутизатор понимает, куда переслать пакет?
Маршрутизатор читает IP-адрес назначения и сопоставляет его с записями в таблице маршрутизации. Таблица подсказывает следующий участок пути или интерфейс, через который следует отправить пакет.
Гарантирует ли IP, что пакет дойдёт до адресата?
Нет, IP сам по себе не гарантирует доставку, отсутствие ошибок или сохранение порядка пакетов. Надёжность передачи, если она необходима, обеспечивают протоколы более высоких уровней.
Могут ли пакеты одного сообщения идти разными маршрутами?
Да, маршрутизаторы могут выбирать путь для каждого пакета с учётом правил и состояния сети. Поэтому пакеты могут прибыть не по порядку, а собрать данные в нужной последовательности способен протокол более высокого уровня.
§ 16. Сетевой уровень
