Nivelul retea

2.3. Nivelul reţea

Permite transferul de date între sistemele neadiacente (care nu partajeaza acelaşi mediu de acces). Unitatea de date utilizată este pachetul.

Funcţia principală a acestui nivel constă în dirijarea pachetelor între oricare două noduri de reţea. Cu alte cuvinte, nivelul reţea realizează „rutarea” (direcţionarea) pachetelor de date prin infrastructura de comunicaţii, această operaţie fiind efectuată la nivelul fiecărui nod de comunicaţie intermediar. Nivelul reţea asigură interfaţa între furnizorul de servicii şi utilizator, serviciile oferite fiind independente de tehnologia subreţelei de comunicaţie.

Acest nivel oferă două categorii de servicii de transport:

orientate pe conexiuni (ATM): înainte de transferul datelor între două echipamente trebuie stabilită o conexiune (circuit virtual), care se închide la terminarea transferului. La stabilirea conexiunii se pot negocia anumiţi parametri legaţi de calitatea serviciului (viteză, întrâziere, cost). Ruta (secvenţa de noduri intermediare) pe care vor fi trimise pachetele se stabileşte în momentul stabilirii circuitului virtual. În acest sens, circuitul virtual va primi un identificator (adresă), fiecare pachet fiind rutat pe baza acestui identificator. Prin utilizarea serviciilor orientate pe conexiuni se realizează un control foarte eficient al fluxului de date, putînd fi definite categorii de servicii (CoS - Class of Services) şi criterii de calitate a serviciilor (Qos - Quality of Services). Aceste avantaje implică o complexitate ridicată la nivelul arhitecturii de reţea. În cazul defectării unui nod intermediar, toate circuitele virtuale care îl tranzitează se închid. Latenţa iniţială necesară pentru stabilirea conexiunii este mare.

fără conexiuni (IP): nu este necesară stabilirea unei conexiuni prin subreţeaua de comunicaţie în vederea transferului datelor. Ruta este determinată pentru fiecare pachet în parte, iar direcţionarea (rutarea) se realizează pe baza adreselor (sursă şi destinaţie) conţinute în fiecare pachet. Deoarece nu este necesară memorarea informaţiilor de stare cu privire la conexiuni, complexitatea este redusă, fiind posibilă implementarea unor reţele mai rapide. În cazul defectării unui nod intermediar, comunicaţia poate continua pe căi alternative. Dezavantajul principal al acestor servicii constă în faptul că nu se mai poate efectua un control al congestiei traficului.

Cel mai cunoscut si utilizat protocol la acest nivel este IP (Internet Protocol), utilizat pentru interconectarea reţelelor din Internet. Este un protocol fără conexiune care permite transmiterea unor blocuri de date (datagrame) între surse şi destinaţii identificate prin adrese cu lungime fixă. În cazul datagramelor foarte mari, protocolul IP realizează, dacă este cazul, fragmentarea şi reasamblarea în vederea transmiterii prin orice reţea. Nu dispune de mecanisme care să asigure securitatea serviciului sau controlul fluxului de informaţii. Este apelat de protocoalele superioare pentru transferul prin reţea al datelor, apelînd la rândul lui la protocoalele reţelei locale pentru transportul datelor către un echipament local. Acest echipament local (adiacent) poate fi destinaţia finala a pachetelor de date sau poate fi un nod intermediar al sistemului de comunicatii (router), care trebuie să redirecţioneze datele.

Modul de funcţionare a protocolului IP este următorul:

	aplicaţia pregăteşte datele şi le transmite nivelului Internet al software-ului de reţea,
	nivelul Internet adaugă acestor date un antet (header), conţinînd adresa de destinaţie,
	datagrama rezultată este transmisă interfeţei de reţea, care adaugă la rândul ei un antet şi transmite întreg cadrul către primul nod intermediar al reţelei de comunicaţii, care va efectua rutarea pachetului,
	la recepţie, un nod intermediar va decide după adresa de destinaţie prezentă în antet care este subreţeaua şi, implicit, următorul nod intermediar către care trebuie redirecţionat pachetul,
	în cadrul destinaţiei finale, antetul este înlăturat şi datagrama se transmite nivelului Internet, de unde este transmis nivelului aplicaţie.

Din acest mod de funcţionare se pot deduce următoarele reguli privind mecanismele de rutare:

fiecare datagramă este direcţionată către cel mai apropiat nod intermediar, router sau gateway,

operaţia de rutare constă în determinarea nodului intermediar următor (adiacent) care la rândul lui poate redirecţiona datagramele către destinaţia finală. Acest tip de rutare este numit „hop-by-hop routing” şi nu permite determinarea întregii secvenţe de noduri intermediare.

destinaţia imediat următoare poate fi un alt router sau chiar destinaţia finală.

decizia privind destinaţia imediată este luată pe baza informaţiilor existente în cadrul tabelei de rutare. Această tabelă este menţinută de fiecare router şi conţine asocieri de tipul „destinaţie finală - destinaţie următoare” (next hop).

la primirea unei datagrame, router-ul caută în tabela de rutare înregistrarea corespunzătoare destinaţiei finale. Dacă această înregistrare este găsită, datagrama se transmite către următoarea destinaţie specificată în ruta respectivă.

tabela de rutare poate fi actualizată în următoarele moduri:

	prin rute statice, introduse de administratorul reţelei. Orice echipament de reţea (host sau router) conţine o aşa-numită rută statică implicită (default), utilizată pentru redirecţionarea datagramelor atunci când nu este găsită nici o înregistrare care să corespundă cu adresa finală.
	prin rute directe, care sunt create automat de echipamentul de reţea (host sau router) în momentul în care se specifică adresele IP şi măştile de subreţea pe interfeţele echipamentului. În acest mod se realizează asocierea între destinaţia imediată şi interfaţa fizică prin care poate fi atins următorul nod de rutare.
	prin rute dinamice, schimbate între router-ele adiacente prin intermediul protocoalelor specializate. Utilizînd mecanismele de rutare dinamică, un router transmite router-elor învecinate întreaga tabelă de rutare, constînd în rute statice, rute directe şi rute dinamice „învăţate” de la alte router-e. Cele mai cunoscute protocoale de rutare dinamică sunt: RIP (Routing Information Protocol), versiunile 1 şi 2, utilizat frecvent în reţele private, OSPF (Open Short Path Finding), IGRP (Internal Gateway Routing Protocol), BGP (Border Gateway Protocol, utilizat în reţeaua Internet pentru rutarea infomaţiilor între furnizorii de servicii).