لایه شبکه چیست؟

 

بخشی از ارتباطات آنلاین است که بسته های داده را بین شبکه ها یا دستگاه های مختلف متصل و انتقال می دهد. این بهترین مسیر منطقی را برای انتقال داده بین گره ها مدیریت و انتخاب می کند و آدرس های پروتکل اینترنت مبدا و مقصد را به هر بخش داده اختصاص می دهد. این لایه با تقسیم بخش هایی از لایه انتقال به واحدهای کوچکتر، انتقال داده را بین دو شبکه مختلف تسهیل می کند و داده ها را به مقصد هدایت می کند.

این لایه در لایه 3 مدل ارتباطی سیستم های باز (OSI) قرار دارد و همان طور که گفتیم وظیفه اصلی لایه شبکه انتقال داده ها به داخل و از طریق شبکه های دیگر است. پروتکل های لایه این هدف را با بسته بندی داده ها با اطلاعات آدرس صحیح، انتخاب مسیرهای شبکه مناسب و ارسال داده های بسته بندی شده به لایه انتقال (لایه 4) انجام می دهند.

معرفی لایه شبکه

ارتباط را از طریق چهار فرآیند اصلی که آدرس دهی، مسیریابی، کپسوله سازی و کپسولاسیون است، تعریف می کند. این مفاهیم در درک مسیریابی در لایه شبکه حیاتی هستند.

آدرس دهی

ممکن است از طریق اداره پست نامه ای ارسال کرده باشید، در حین انجام این کار، باید آدرس گیرنده را روی پاکت نامه و به احتمال زیاد آدرس خود را برای پاسخگویی بنویسید.

به همین ترتیب، مسئول شناسایی دستگاه های مختلف در شبکه است. با این حال، برخلاف آدرس های پستی، آدرس دهی در لایه شبکه منطقی است.این بدان معناست که آدرس‌ها روی دستگاه‌ها ثابت نیستند و ممکن است تغییر کنند.

آدرس هایی که در این استفاده می شود برای تحویل از راه دور است، اگر از قیاس اداره پست استفاده کنیم، تحویل از راه دور ارسال نامه به سازمان دیگری است.

کپسوله سازی

در لایه شبکه UDP  پروتکل واحد داده بسته است. کپسوله سازی مستلزم افزودن اطلاعات خاص لایه شبکه  بر اساس بخش های لایه انتقال است. چنین اطلاعاتی شامل سرصفحه ها و تریلرها می شود. همچنین بخش ها را از لایه حمل و نقل برای تحویل از راه دور تقسیم می کند.

مسیریابی

اینها خدماتی هستند که داده ها را از میزبان به مقصد هدایت می کنند. در بسیاری از سناریوها، بسته ها ممکن است مجبور شوند از طریق بسیاری از دستگاه های واسطه مانند روترها حرکت کنند. مسیریابی تضمین می کند که مسیر طی شده به مقصد کارآمدترین مسیری است که توسط مدیر تعریف شده است.

کپسولاسیون

هنگامی که بسته به مقصد می رسد، باید رمزگشایی شود و از لایه های OSI  به لایه برنامه و در نتیجه شبکه انسانی منتقل شود. لایه شبکه بسته ها را حمل می کند و حاوی اطلاعاتی در مورد سطوح بالاتر مانند نوع برنامه نیست. کپسولاسیون برای جمع آوری مجدد بسته ها به بخش هایی فرستاده می شود که سپس در لایه انتقال استفاده می شود.

ارتباطات در لایه شبکه

هنگامی که یک میزبان می خواهد با یک میزبان در شبکه دیگری ارتباط برقرار کند، باید از یک دستگاه واسطه مانند روتر استفاده شود. روتر به عنوان یک دروازه به شبکه دیگر عمل می کند.

برای ایجاد ارتباط بین دو هاست، به یک وسیله واسطه بین آنها نیاز است. روتر دروازه پیش فرض هاست ها را دارد و ترافیک این هاست ها از مسیریاب ها عبور می کند. این وظیفه روترها است که تعیین کنند بسته ها به کجا تعلق دارند. بسته ها فقط زمانی قابل ارسال هستند که یک مسیر وجود داشته باشد. تمام دستگاه های لایه شبکه باید دارای یک آدرس منطقی برای ارسال بسته ها باشند.

وظایف اصلی لایه شبکه

اینترنت از آدرس های لایه شبکه استفاده می کند. اگر همه هاست های متصل به اینترنت در یک شبکه باشند، برقراری ارتباط تقریبا غیرممکن خواهد شد. به این ترتیب، زیرشبکه ها هنگام برقراری ارتباط در یک شبکه بزرگ مانند اینترنت، شبکه ها را جدا و آن قابل مدیریت تر می کند.

مسئولیت های اصلی ، راه اندازی اتصال منطقی، ارسال اطلاعات، مسیریابی و گزارش خطای تحویل است. این لایه می تواند از شبکه های بدون اتصال یا شبکه های اتصال گرا پشتیبانی کند. فرآیندهای رمزگذاری، بررسی اتصال و مسیریابی در این لایه اتفاق می‌افتند و از چندین پروتکل مختلف استفاده می‌کنند، از جمله:IP، IPsec ،IPX/SPX ، ICMP ،IGMP، GRE

دو پروتکل اصلی شبکه که برای انتقال داده ها استفاده می شود، اینها هستند:

1. پروتکل اینترنت نسخه  (IPv4)
2. پروتکل اینترنت نسخه  (IPv6)

پروتکل های دیگری نیز وجود دارند که مورد استفاده قرار می گیرند، اما مهم ترین آنها این دو مورد هستند.

IP عملکردهایی را تعریف می کند که برای انتقال یک بسته از دستگاه مبدأ به دستگاه مقصد از طریق شبکه مورد نیاز است. شبکه ممکن است از گره های زیادی تشکیل شده باشد و به همین دلیل آدرس IP  تغییر نمی کند. IP بسته های مختلف را ردیابی نمی کند یا جریان آنها را مدیریت نمی کند. این توابع در لایه های دیگر انجام می شود. برخی از ویژگی های IP شامل موارد زیر است.

• بدون اتصال : این بدان معنی است که قبل از ارسال بسته ها، نیازی به برقراری ارتباط برقرار نیست.
• مستقل از رسانه : بدون توجه به رسانه؛ یعنی بی سیم، سیم مسی یا فیبر نوری، آدرس IP تغییر نمی کند.

تحویل نامطمئن: این بدان معنی است که تحویل بسته ها تضمین نمی شود، هنگامی که بسته ها در حین انتقال گم می شوند، بسته به پروتکل ها در لایه های دیگر مانند لایه انتقال ممکن است دوباره ارسال شوند. به عنوان مثال، اگر بسته‌های VOIP  از بین بروند، از آنجایی که VOIP از  UDP استفاده می‌کند، دوباره ارسال نمی‌شوند، با این حال، وقتی بسته‌های HTTP گم می‌شوند، باید دوباره ارسال شوند زیرا  HTTP از TCP استفاده می‌کند.

توابع لایه شبکه

وظیفه اصلی لایه این است که شبکه های مختلف را قادر می سازد تا به هم متصل شوند. این کار را با ارسال بسته‌ها به مسیریاب‌های شبکه انجام می‌دهد که به الگوریتم‌هایی برای تعیین بهترین مسیرها برای انتقال داده‌ها متکی هستند. این مسیرها به «مدارهای مجازی» معروف هستند. لایه شبکه به پروتکل پیام کنترل اینترنت ( ICMP ) برای کنترل خطا و عیب یابی برای اطمینان از ارسال صحیح بسته ها متکی است. کیفیت خدمات (QoS) نیز در دسترس است تا اجازه دهد ترافیک خاصی نسبت به سایر ترافیک ها اولویت بندی شود. لایه شبکه می تواند شبکه های اتصال گرا یا بدون اتصال را پشتیبانی کند ، اما چنین انتقال داده شبکه ای فقط می تواند از یک نوع باشد و نه هر دو.

توابع اصلی انجام شده توسط لایه شبکه عبارتند از:

• مسیریابی: هنگامی که یک بسته به لینک ورودی روتر می رسد، روتر بسته ها را به لینک خروجی روتر منتقل می کند. به عنوان مثال، یک بسته از S1 به R1 باید به مسیریاب بعدی در مسیر S2 ارسال شود.
  • آدرس دهی منطقی: لایه پیوند داده آدرس دهی فیزیکی را پیاده سازی می کند و لایه شبکه آدرس دهی منطقی را پیاده سازی می کند. از آدرس دهی منطقی نیز برای تمایز بین سیستم مبدا و مقصد استفاده می شود. لایه شبکه یک هدر به بسته اضافه می کند که شامل آدرس های منطقی فرستنده و گیرنده است.
  • Internetworking:  این نقش اصلی لایه شبکه است که ارتباط منطقی بین انواع مختلف شبکه ها را فراهم می کند.

تکه تکه شدن: تکه تکه شدن فرآیند شکستن بسته ها به کوچکترین واحدهای داده است که از طریق شبکه های مختلف حرکت می کنند.

در لایه شبکه چه اتفاقی می افتد؟

هر چیزی که با اتصالات بین شبکه ای مرتبط باشد در لایه شبکه اتفاق می افتد. این شامل راه‌اندازی مسیرهایی برای بسته‌های داده، بررسی اینکه آیا سروری در شبکه دیگری راه‌اندازی شده است یا خیر و آدرس‌دهی و دریافت بسته‌های IP از شبکه‌های دیگر است. این آخرین فرآیند شاید مهمترین باشد، زیرا اکثریت قریب به اتفاق ترافیک اینترنت از طریق IP ارسال می شود.

تمام داده های ارسال شده از طریق اینترنت به قطعات کوچکتری به نام “بسته ها” تقسیم می شوند. برای مثال، وقتی پیامی فرستاده می‌شود این پیام به قطعات کوچک‌تر تقسیم می‌شود و سپس دوباره جمع می‌شود. یک بسته دارای دو بخش است: هدر که حاوی اطلاعات مربوط به خود بسته است و بدنه که داده واقعی ارسال شده است.

در لایه شبکه، نرم افزار شبکه زمانی که بسته از طریق اینترنت ارسال می شود، یک هدر به هر بسته متصل می کند و از طرف دیگر، نرم افزار شبکه می تواند از هدر برای درک نحوه مدیریت بسته استفاده کند.

یک هدر حاوی اطلاعاتی در مورد محتوا، منبع و مقصد هر بسته است (تا حدودی مانند مهر زدن روی پاکت با آدرس مقصد و بازگشت). به عنوان مثال، یک هدر IP حاوی آدرس IP مقصد هر بسته است.

لایه شبکه چه کارهایی انجام می‌دهد؟

• درخواست های سرویس از لایه انتقال را مدیریت می کند و درخواست سرویس را به لایه پیوند داده ارسال می کند.
• آدرس های منطقی را به آدرس های فیزیکی ترجمه می کند.
•  این لایه مسیر را از مبدا به مقصد تعیین می کند و همچنین مشکلات ترافیکی مانند سوئیچینگ، مسیریابی و کنترل ازدحام بسته های داده را مدیریت می کند.
• نقش اصلی لایه شبکه انتقال بسته ها از میزبان ارسال کننده به میزبان دریافت کننده است.

پروتکل ها در لایه شبکه

در حالی که IP امروزه محبوب ترین و پرکاربردترین پروتکل در لایه شبکه است، نمونه های پروتکل زیادی وجود دارد که باید به آنها توجه کرد. پروتکل های شبکه در لایه 3 شامل پروتکل هایی است که برای مسیریابی پویا شبکه ها، ارتباطات امن، ترجمه شبکه و افزونگی شبکه استفاده می شود. در اینجا چند نمونه هستند:

• Open Shortest Path First ( OSPF ) یک پروتکل مسیریابی پویا است.
• پروتکل ا ( RIP ) یک پروتکل اطلاعات مسیریابی پویا است.
• ترجمه آدرس شبکه ( NAT ) یک آدرس IP را به دیگری ترجمه و مدیریت می کند.
• امنیت پروتکل اینترنت ( IPsec ) یک مجموعه پروتکل شبکه ایمن است که از احراز هویت و رمزگذاری داده ها استفاده می کند.
• پروتکل Hot Standby Router (HSRP) یک پروتکل افزونگی مسیر شبکه است.
• پروتکل افزونگی روتر مجازی (VRRP) یک پروتکل افزونگی مسیر شبکه است.

خدمات ارائه شده توسط لایه شبکه

تحویل تضمینی: این لایه خدماتی را ارائه می دهد که تضمین می کند بسته به مقصد می رسد.

تحویل تضمین شده با تاخیر محدود: این سرویس تضمین می کند که بسته در محدوده تعیین شده تاخیر میزبان به میزبان تحویل داده می شود.

بسته های In-Order: این سرویس تضمین می کند که بسته به ترتیب ارسال به مقصد می رسد.

حداکثر زمان تضمین شده: این سرویس تضمین می کند که مدت زمان بین دو ارسال متوالی در فرستنده برابر با زمان بین دریافت آنها در مقصد باشد.

خدمات امنیتی: لایه شبکه امنیت را تامین می کند. لایه شبکه در میزبان مبدا، محموله های دیتاگرام ارسال شده به میزبان مقصد را رمزگذاری می کند. لایه شبکه در میزبان مقصد سپس محموله را رمزگشایی می کند. به این ترتیب، لایه شبکه یکپارچگی داده ها و خدمات احراز هویت منبع را حفظ می کند.تماس:09917298975