Построение локальных сетей средствами сетевого уровня

Применение средств только канального уровня с использованием таких устройств, как концентраторы и коммутаторы, для построения больших вычислительных сетей имеет существенные ограничения и недостатки.

Использование в качестве адреса назначения плоского МАС-адреса, связанного с сетевым адаптером, позволяет использовать лишь одноуровневую систему адресации, которая обладает недостаточной гибкостью при построении больших систем.

Управление потоком информации при помощи коммутаторов на основе лишь данных кадра достаточно сложно.

Сегментация вычислительной сети при помощи коммутаторов изолирует подсети в недостаточной мере в смысле защиты от широковещательных сообщений (широковещательных штормов).

В разных сегментах вычислительной сети возможно использование разных базовых технологий. Но должна совпадать система адресации узлов. Например, Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethenet используют адресацию на основе МАС-адресов, а Х.25, ATM, Frame Relay – другие системы адресации.

Другим ограничением применения коммутаторов для построения больших вычислительных сетей является обязательность отсутствия петель. Коммутатор может нормально работать только в случае, если между узлами есть только один маршрут. В то же время наличие избыточных связей является одним из основных способов для повышения надежности и улучшения трафика современной вычислительной сети.

Для построения больших неоднородных вычислительных сетей используются средства сетевого уровня, основным используемым устройством которого является маршрутизатор.

На сетевом уровне сеть называется составной сетью, состоящей из сетей, объединенных маршрутизаторами. Каждая сеть имеет свой номер. Каждый узел имеет номер внутри сети. Сетевой адрес узла состоит из этих номеров. Таким образом, в составных сетях каждый узел, кроме локального адреса, имеет дополнительный сетевой адрес.

Данные, передаваемые на сетевом уровне, называются пакетами. Заголовки пакета, которыми снабжаются данные, содержат необходимую информацию о сети с узлом-получателем, и их формат не зависит от технологий, используемых внутри участвующих сетей.

Последовательность маршрутизаторов, которые проходит пакет данных, называется маршрутом. В общем случае в составной сети для передачи данных может и должно быть несколько маршрутов. Выбор оптимального маршрута является одной из основных задач маршрутизатора.