8.1.1 Сетевой уровень (Network Layer)
Сетевой уровень — это OSI уровень 3. Его задача — обеспечить передачу данных между устройствами через разные сети.
Основные протоколы: IPv4 и IPv6. Также сюда относятся протоколы маршрутизации (OSPF) и служебные протоколы (ICMP).
4 основные операции сетевого уровня:
1. Адресация (Addressing) Каждому устройству назначается уникальный IP-адрес, по которому его можно найти в сети.
2. Инкапсуляция (Encapsulation) Сетевой уровень берёт PDU от транспортного уровня (уровень 4) и оборачивает его в IP-пакет, добавляя заголовок с IP-адресами отправителя и получателя. Выполняется на стороне отправителя.
3. Маршрутизация (Routing) Пакет направляется к получателю через роутеры. Каждый роутер выбирает наилучший путь и передаёт пакет дальше. Каждый роутер на пути называется хопом (hop).
4. Деинкапсуляция (De-encapsulation) Когда пакет достигает получателя, устройство проверяет IP-адрес в заголовке. Если он совпадает с его собственным — заголовок снимается, и данные передаются наверх на транспортный уровень. Выполняется на стороне получателя.
Важное отличие от транспортного уровня:
| Уровень | Отвечает за |
|---|---|
| Транспортный (L4) | Передачу данных между процессами на хостах |
| Сетевой (L3) | Передачу пакетов от одного хоста к другому |
Сетевому уровню не важно, что внутри пакета — он просто доставляет его по адресу. Это позволяет передавать любые типы данных между любыми хостами.
8.1.2 IP-инкапсуляция
Что происходит при инкапсуляции?
Транспортный уровень (L4) передаёт вниз свой PDU (сегмент) — он состоит из заголовка сегмента + данных.
Сетевой уровень (L3) оборачивает этот сегмент, добавляя спереди IP-заголовок (с IP-адресами отправителя и получателя). Результат — IP-пакет.
[ Segment Header | Data ] ← транспортный уровень (L4)
↓ инкапсуляция
[ IP Header | Segment Header | Data ] ← IP-пакет (L3)
Важные свойства инкапсуляции
Независимость уровней — каждый уровень работает независимо. Это значит, что транспортные сегменты можно упаковывать как в IPv4, так и в IPv6, и в любые будущие протоколы — без изменений на других уровнях.
IP-заголовок читают роутеры и L3-коммутаторы — они смотрят только на заголовок, чтобы понять куда направить пакет. Сами данные (payload) не трогаются на протяжении всего пути.
IP-адреса не меняются от отправителя до получателя — кроме случаев, когда работает NAT (Network Address Translation), который подменяет адреса (об этом в других модулях). #abbreviation
Аналогия
Представь письмо в конверте: транспортный уровень написал письмо и вложил его в конверт (сегмент). Сетевой уровень написал на конверте адрес отправителя и получателя (IP-заголовок). Почтальоны (роутеры) читают только адрес на конверте — содержимое письма их не касается.
8.1.3 — 8.1.6 Характеристики IP
Три основные характеристики IP
Connection-Oriented VS Connectionless
1. Connectionless — Без установки соединения (8.1.4)
IP не устанавливает соединение перед отправкой пакетов. Просто отправляет — и всё.
Аналогия из схемы: как бросить письмо в почтовый ящик — ты не звонишь получателю заранее, не предупреждаешь. Письмо просто уходит.
В сети: пакет отправляется сразу, без предварительного обмена служебными сообщениями с получателем.
2. Best Effort — “Доставлю если смогу” (8.1.5)
IP не гарантирует доставку. Пакеты могут:
- потеряться по дороге
- прийти не в том порядке
- прийти повреждёнными
IP не уведомляет отправителя об ошибках и не повторяет отправку. Это задача TCP (уровень 4) — он отвечает за надёжность.
IP работает быстро и просто — именно потому что не занимается контролем доставки.
3. Media Independent — Независимость от среды (8.1.6)
IP-пакетам всё равно, по какой физической среде они передаются:
- медный кабель (Ethernet, Serial)
- оптоволокно
- беспроводная сеть (Wi-Fi)
Подготовкой пакета к конкретной среде занимается уровень канала данных (L2), а не IP.
Важный нюанс — MTU (Maximum Transmission Unit abbreviation ): Каждая среда имеет максимальный размер пакета, который она может передать. Уровень L2 сообщает это значение (MTU) сетевому уровню.
Если пакет IPv4 слишком большой для следующей среды — роутер фрагментирует его (разбивает на части). Фрагментация замедляет передачу.
IPv6 не поддерживает фрагментацию роутером — это принципиальное отличие от IPv4.
Итоговая таблица
| Характеристика | Значение |
|---|---|
| Connectionless | Нет предварительного соединения |
| Best Effort | Доставка не гарантирована |
| Media Independent | Работает на любой физической среде |