Adresarea în Rețelele IP

Principiile interconectării reţelelor în baza protocoalelor nivelului de reţea

Nivelul de reţea al modelului standard de interacţiune a sistemelor deschise soluţionează următoarele probleme:

- transportarea pachetelor între nodurile finale ale unei reţele compuse;

- selectarea rutei preferabile de transportare a pachetelor, în baza unor criterii;

- concordarea diferitor protocoale ale nivelului canal, utilizate în diferite subreţele ale unei reţele compuse.

Protocoalele nivelului de reţea sînt realizate, de regulă, în formă de module soft care se execută pe calculatoarele-noduri finale, numite hosturi, precum şi pe nodurile intermediare-routere, numite gateway. Funcţiile router-elor pot fi îndeplinite atît de dispozitive specializate, cît şi de calculatoare universale dotate cu soft-ul respectiv.

Conceptul internetworking

În caz general reţeaua este considerată drept o mulţime de cîteva reţele şi este numită reţea compusă sau interreţea (internetworking sau internet). Reţelele, ce intră în reţeaua compusă, sînt numite subreţele (subnet), reţele componente sau pur şi simplu reţele (fig. 1).

Fig. 1. Arhitectura unei reţele compuse

Subreţelele sînt interconectate cu ajutorul router-elor. Componente ale unei reţele compuse pot fi atît reţelele locale, cît şi reţelele globale. Toate nodurile, în limitele unei subreţele interacţionează folosind tehnologia specifică acesteia. Astfel, reţeaua compusă, prezentată în fig. 1, este alcătuită din cîteva reţele de tehnologii diferite: reţele locale Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI şi reţele globale frame relay, X.25, ISDN. Fiecare din aceste tehnologii este suficientă pentru organizarea interacţiunii tuturor nodurilor din componenţa sa, însă nu sînt capabile să organizeze legături între două noduri arbitrare, ce ar aparţine diferitor subreţele, de exemplu între nodurile A şi B din fig. 1. Deci, pentru organizarea interacţiunii dintre o pereche arbitrară de noduri ale acestei reţele „mari” sînt necesare mijloace suplimentare. Aceste mijloace sînt asigurate de nivelul de reţea.

Nivelul de reţea are rolul de coordonator, ce organizează funcţionarea tuturor subreţelelor, ce stau în calea mişcării pachetului pe o reţea compusă. Pentru transportarea datelor în limitele subreţelei nivelul de reţea foloseşte tehnologiile utilizate în aceste subreţele.

Ne cătînd la faptul că multe tehnologii ale reţelelor locale (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet etc.) folosesc unul şi acelaşi sistem de adresare a nodurilor în baza adreselor MAC, există multe tehnologii (X.25, ATM, frame relay) în care sînt implementate alte scheme de adresare. Adresele, atribuite nodurilor în corespundere cu tehnologiile subreţelelor, sînt numite locale. Pentru ca nivelul de reţea să-şi poată îndeplini sarcina, el are nevoie de un sistem propriu de adresare, ce nu depinde de metodele de adresare a nodurilor în subreţelele particulare, care ar permite la nivel de reţea în mod universal şi univoc să identifice orice nod al reţelei compuse.

O metodă firească de formarea a adresei de reţea este numerotarea tuturor subreţelelor din reţeaua compusă şi numerotarea tuturor nodurilor în limitele subreţelei. Astfel, adresa de reţea reprezintă o pereche: numărul reţelei (subreţelei) şi numărul nodului.

Drept număr al nodului poate fi utilizată adresa locală acestuia (schemă acceptată în stecul IPX/SPX) sau un careva număr, care nici într-un mod nu este legat de tehnologia locală, care univoc identifică nodul în limitele subreţelei. În primul caz adresa de reţea devine dependentă de tehnologiile locale, fapt care limitează arealul de utilizare. Spre exemplu, adresele de reţea IPX/SPX sînt prevăzute pentru funcţionare în reţele compuse, ce cuprind reţele, în care se utilizează doar adrese MAC sau adrese de format similar. A doua variantă este mai universală, şi este caracteristic stecului TCP/IP. În ambele cazuri fiecare nod al reţelei compuse pe lîngă adresa locală mai dispune şi de o altă adresă – adresă de reţea universală.

Datele, ce sînt transmise nivelului de reţea şi care trebuiesc transmise pe reţeaua compusă, sînt înzestrate cu antetul nivelului de reţea. Datele împreună cu antetul formează pachetul. Antetul pachetului nivelului de reţea are un format unic, ce nu depinde de formatul cadrelor nivelului canal al reţelelor ce pot fi părţi ale unei reţele compuse, şi pe lîngă altă informaţie de serviciu mai conţine şi numărul reţelei, căreia îi este adresat pachetul. Nivelul reţea determina traseul şi transmite pachetul între subreţele.

În timpul transmiterii pachetului dintr-o subreţea în alta pachetul nivelului de reţea, încapsulat în cadrul nivelului canal sosit din prima subreţea, este extras din acesta, se încapsulează în cadrul nivelului canal al subreţelei următoare. Informaţia, în baza căreia se execută aceste manipulaţii, se conţine în cîmpurile de serviciu al pachetului nivelului de reţea. Cîmpul adresei destinatarului al noului cadru este indicată adresa locală a următorului router.

Cîmpul principal al antetului nivelului de reţea este numărul reţelei-destinatar. Numerotarea reţelelor permite protocoalelor nivelului de reţea să formeze harta precisă a legăturilor dintre reţele şi să selecteze trasee raţionale în cazul oricărei topologii, inclusiv organizarea rutelor alternative, în cazul existenţei acestora.