Сетевой уровень занимает в модели OSI промежуточное положение: его услугами пользуются более высокие уровни, а для выполнения своих функций он использует канальный уровень. Сетевой уровень служит для работы в произвольных сетевых топологиях с сохранением простоты передачи пакета базовых сетевых топологий.
Канальный уровень не позволяет производить адресацию в сложных сетях. Поэтому при объединении сетей в кадры канального уровня добавляется заголовок сетевого уровня. Этот заголовок позволяет находить адресат в сети с любой топологией.
Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат. Основное место в заголовке отводится адресу получателя. При этом используется не МАС адрес, а составной адрес – номер сети и номер абонента в данной сети. Такая адресация позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную схему связи и выбирать оптимальные маршруты при любой топологии. Помимо адреса, заголовок сетевого уровня может содержать дополнительную информацию, например, время жизни пакета в сети, данные для фрагментации и сборки пакетов и т.д.
Логическое соединение на сетевом уровне обеспечивает механизм доставки пакетов от отправителя к получателю в масштабе времени, определяемом используемым сетевым протоколом. При этом различные сетевые протоколы могут вносить различные технологические задержки в передачу данных.
Ключевым понятием сетевого уровня является понятие абстрактной коммутационной системы или межсетевого обмена. Коммутация при передаче маленьких блоков, а не файлов или больших сообщений имеет ряд преимуществ. Во-первых, она напрямую отображается в базовое сетевое оборудование, что делает ее очень эффективной. Во-вторых, она разделяет процессы передачи данных от прикладных программ, позволяя компьютерам обрабатывать сетевой трафик, не имея представления о том, какие программы передают его. В-третьих, она делает систему гибкой, поддерживающей различные сетевые протоколы. В-четвертых, она позволяет администраторам сетей вводить новые сетевые технологии, модифицируя только программное обеспечение сетевого уровня, не внося при этом никаких изменений в прикладные программы.
Существуют два метода назначения сетевого адреса:
- В первом методе сетевой и канальный адреса не совпадают, что обеспечивает гибкость за счет независимости от формата адреса канального уровня. Недостатком метода является необходимость повторной нумерации станций в сети, причем чаще всего это приходиться делать вручную. Данный метод нашел применение в сетях, построенных на базе протокола IP.
- Во втором методе на сетевом уровне используется адрес канального уровня. Это избавляет администратора от присваивания адресов вручную и установления соответствия между сетевыми и канальными адресами одного и того же абонента в сети. Однако этот метод приводит к сложности интерпретации адреса узла в сетях с разным форматом адресов. Метод нашел применение в сетях построенных на базе протокола IPX.
Сетевой уровень позволяет соединяться двум системам, подключенным к разным сетям. Он же отвечает за выбор маршрута соединения. Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи данных. Сетевой уровень предоставляет средства:
- доставки пакетов в сетях с произвольной топологией;
- структуризации сети методом локализации сетевого трафика;
- согласования канальных уровней;
Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Выбор маршрута называется маршрутизацией – она и является главной задачей сетевого уровня.
На сетевом уровне действуют два вида протоколов. Первый относится к определению правил передачи пакетов от конечных узлов к маршрутизаторами и между маршрутизаторами. Именно эти протоколы обычно имеют ввиду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. Однако часто к сетевому уровню относят и другие протоколы, называемые протоколами обмена информацией о маршрутах. С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений.
Протоколы сетевого уровня реализуются драйверами операционной системы, а так же программными и аппаратными средствами маршрутизаторов. Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP.
