لایه شبکه (Network Layer) – آموزش شبکه درس 23

لایه شبکه سومین لایه در مدل OSI است. این لایه سرویس های درخواست شده از لایه انتقال (Transport Layer) را دریافت کرده و آن ها را به لایه دیتالینک (Data Link) انتقال می دهد. لایه شبکه آدرس های منطقی (Logical) را به آدرس های فیزیکی (Physical) تبدیل می کند. این لایه مسیری منبع به مقصد را مشخص می کند، همچنین مسائل ترافیکی مانند سوئیچینگ، مسیریابی و کنترل ازدحام پک های داده را مشخص می کند.

اصلی ترین نقش لایه شبکه (Network Layer) آن است که بسته های داده را از سمت هاست فرستنده به هاست گیرنده تحویل دهد.

اصلی ترین کارکردهای که در لایه شبکه اتفاق می افتد به شرح زیر هستند:

• مسیریابی: هنگامی که بسته ها از لینک ورودی یک روتر دریافت می شود، روتر بسته ها (Packets) را به سمت لینک خروجی روتر هدایت می کند. برای مثال، یک بسته از S1 به R1 باید به روتر بعدی در مسیر S2 هدایت شود.
• آدرس دهی منطقی (Logical Addressing): لایه دیتالینک (Data link Layer) آدرس دهی منطقی را پیاده‌سازی می کند و لایه شبکه نیز آدرس دهی منطقی (Logical Addressing) را پیاده‌سازی می کند. آدرس دهی منطقی همچنین برای ایجاد تمایز میان سیستم منبع و مقصد سیستم به کار گرفته می شود. لایه شبکه یک سرواره (Header) را به پک داده متصل می کند که حاوی آدرس های منطقی از گیرنده و ارسال کننده پیام است.
• شبکه بندی داخلی: اصلی ترین فعالیت لایه شبکه ایجاد شبکه بندی داخلی است، که می تواند ارتباطی منطقی را میان انواع مختلف شبکه ها ایجاد کند.
• بخش بندی کردن (Fragmentation): بخش بندی کردن یا Fragmentation فرایندی است که در آن پک های اطلاعاتی به بخش های کوچکتر شکسته می شوند، هر کدام از واحدهای داده در اینجا به صورت مستقل بر روی شبکه های مختلف حرکت می کنند.

هدایت و پیشراندن

در لایه شبکه، یک روتر (Router) برای پیشراندن بسته ها اطلاعاتی به کار گرفته می شود. هر روتر دارای یک جدول از مسیرهائی است که می تواند پک های اطلاعاتی را به آن سمت هدایت کند. یک روتر یک پک اطلاعاتی را به وسیله فیلد سرواره آن هدایت می کند و سپس از اطلاعاتی که در سرواره آن قرار گرفته شده است استفاده می کند تا بتواند آن را در جدول پیشراندن خودش (Forwarding Table) ثبت (Index) کند. مقدار ذخیره شده در جدول پیشراندن مطابق با مقدارهای فیلد سرواره است که به عنوان یک رابط لینک برای هدایت عمل می کند که در آن مشخص می شود هر کدام از پک های داده باید به کدامین سمت حرکت کنند.

لایه شبکه

برای مثال، زمانی که روتر یک پک را با فیلدی با مقدار 0111 در سرواره دریافت می کند، اقدام به ایندکس کردن این مقدار سرواره در جدول پیشراندن خود می کند و سپس رابط لینک خروجی آن را که برابر با مقدار 2 است را مشخص می کند. روتر پک دریافتی را به رابط شماره 2 تحویل می دهد. الگوریتم مسیربندی مقدار را تعیین می کند و سپس آن را در جدول پیشراندن روتر وارد می کند. الگوریتم مسیریابی می تواند به صورت متمرکز (Centralized) یا غیرمتمرکز (Decentralized) باشد.

سرویس هائی که به وسیله لایه شبکه (Network Layer) ارائه می شوند:

• تضمین تحویل بسته: این لایه می تواند سرویس هائی را ارائه دهد که تضمین کننده رسیدن پک های اطلاعاتی به مقصد هستند.
• تضمین تحویل با در نظر گرفتن بازه زمانی مشخص: این سرویس تضمین می کند که بسته های اطلاعاتی در یک بازه زمانی مشخص از یک هاست به دیگری انتقال پیدا کنند.
• ترتیب پک های اطلاعاتی: این سرویس مطمئن می شود که پک های اطلاعاتی در مقصد دقیقاً به همان ترتیبی که در مبدا ارسال شده اند دریافت شوند.
• تصمین جیتر (Jitter) حداکثری: این سرویس مطمئن می شود که مقدار زمان مشخصی میان انتقال ارسال پک های از سوی فرستنده وجود داشته باشد. این زمان باید به صورت یکسان باشد تا دریافت کننده بتواند به درستی تمامی پگ های داده را دریافت کند.
• سرویس های امنیتی: لایه شبکه، امنیت را با استفاده از یک «کلید نشست (Session Key)» در هاست منبع و مقصد ایجاد می کند. لایه شبکه در هاست منبع بارهای کاری دیتاگرام ها را پیش از آنکه اسمت مبدا به مقصد ارسال شود، رمزنگاری می کند. لایه شبکه، در هاست مقصد، پیام دریافت شده را رمزگشائی می کند. با استفاده از این شیوه، لایه شبکه می تواند یکپارچگی داده ها را حفظ کند و سرویس احراز هویت منبع را ارائه کند.