Sieťová vrstva

• definujte sieťovú vrstvu a jej vlastnosti 
• popíšte základné procesy sieťovej vrstvy 
• charakterizujte protokoly sieťovej vrstvy 
• definujte pojmy IP adresa, maska, brána 
• vysvetlite pojmy smerovanie, smerovacia tabuľka 
• vysvetlite princíp smerovacej tabuľky

Sieťová vrstva je 3. vrstva 7-vrstvého referenčného modelu ISO a 2. vrstvou 4-vrstvového modelu TCP/IP. Na tejto vrstve je k protokolovej dátovej jednotke (skratka PDU) pridaná hlavička, v ktorej sú špecifikované informácie potrebné na úspešné vykonanie prenosu, ako napríklad logické adresy (IP).
Po pridaní tejto hlavičky sa PDU nazýva paketom. Sieťová vrstva je zodpovedná za výber najlepšej cesty medzi koncovými zariadeniami a za samotné doručenie paketu medzi nimi. Prepájanie na tretej vrstve sa nazýva smerovanie, čo je aj hlavnou komunikačnou funkciou tejto vrstvy. Zariadenie, ktoré pracuje na tretej vrstve sa nazýva smerovač.

Funkcie sieťovej vrstvy

• Nájdenie najlepšej cesty medzi zdrojom a cieľom (smerovanie)
• Spoľahlivé doručenie PDU (adresovanie v sieťových vrstvách)

Adresovanie v sieťových vrstvách - každá vrstva potrebuje mechanizmus na určenie zdroja a cieľa – teda adresovanie.

• pre každú vrstvu je definovaný tzv. Service access point
• cez SAP sú sprístupňované služby
• každý SAP predstavuje unikátnu adresu

Protokoly sieťovej vrstvy

Najznámejším protokolom sieťovej vrstvy je protokol IP, momentálne najrozšírenejší vo verzii 4, avšak z dôvodu rapídneho úbytku voľných IP adries sa čoraz viac presadzuje IP vo verzii 6, ktorý ponúka omnoho viac adries. Podpornými protokolmi sieťovej vrstvy sú napríklad ARP, ICMP alebo IGMP. Ďalšími protokolmi sú: IP, ICMP, IGMP, X.25, CLNP, ARP, RARP, BGP, OSPF, RIP, IPX, DDP.

ARP protokol  (address resolution protocol)

ARP (dynamic binding) slúži na previazanie fyzických adries a IP (t.j. virtuálnych) adries, pri LAN je to previazanie MAC adries s IP adresami. Hostovi umožňuje zistiť fyzickú (MAC) adresu cieľa, aj keď pozná len jeho IP adresu. Tento protokol má všeobecne definovaný formát, t.j. pre rôzne dlhé adresy (nie iba 8-bitovú MAC adresu a 32-bitovú IP adresu).

Princíp: 

broadcastom pošle request na všetkých s otázkou “Kto má IP adresu XY?”
následne dostane odpoveď – “Ja mám IP adresu XY”

ICMP protokol (Internet Control Message Protocol)

Je jeden z najdôležitejších protokolov internetu. Používajú ho operačné systémy počítačov v sieti na odosielanie chybových správ, napríklad na oznámenie, že požadovaná služba nie je dostupná alebo že potrebný počítač alebo router nie je dosiahnuteľný. Používa nástroj ping, ktorý posiela ICMP správy „Echo Request“ (a očakáva príjem správy „Echo Reply“, aby určil, či je cieľový počítač dosiahnuteľný a ako dlho paketom trvá, než sa dostanú k cieľu a späť.

Smerovanie

Smerovanie je proces, ktorý router používa na presun paketov do cieľovej siete, vytvára rozhodnutie na základe cieľovej IP adresy, z paketu určí jeho ďalší smer, ktorý ho dovedie do cieľa.

 Postupy učenia routra na určenie správneho smerovania:

1. dynamické smerovanie, smerovacie informácie sa učí od iných routrov, pri veľkých sieťach
2. statické smerovanie, sieťový administrátori konfigurujú ručne informácie o smerovaní, malé siete

Smerovacia tabuľka

Smerovacia tabuľka je v informatike označenie pre dátovú štruktúru uloženú v operačnej pamäti počítača alebo routera slúžiaca pre smerovanie dát prechádzajúcich počítačovou sieťou. Obsahuje zjednodušený obraz topológie siete, podľa ktorej systém rozhoduje, ako naložiť s prijatým alebo odosielaným datagramom. Smerovacia tabuľka obsahuje záznamy zodpovedajúce použitému sieťovému protokolu (napríklad TCP / IP, IPX / SPX a podobne). Pre protokoly TCP / IP je smerovacie tabuľka typicky implementovaná ako súčasť jadra operačného systému (tzv. TCP / IP stack).

Smerovacia tabuľka je vytváraná pri konfigurácii sieťového subsystému. Záznamy v smerovacej tabuľke môžu byť statické (tj nastavené zakaždým rovnako) alebo dynamické (meniace sa podľa situácie v počítačovej sieti). Statické záznamy vytvára správca siete a sú typicky uložené na pevnom disku. Dynamické záznamy zaraďuje (i odoberá) z / do smerovacie tabuľky démon nejakého smerovacieho protokolu (RIP, OSPF). Pri spracovaní datagramu je cieľová adresa porovnaná so záznamami v smerovacej tabuľke. Pri nájdení zhody je podľa daného záznamu datagram spracovaný.

Obsah tabuľky

Každá smerovacie tabuľka musí obsahovať niekoľko základných informácií, ktoré sú pri spracovaní IP datagramov potrebné:

• Cieľ v sieti (Adresát) -  za cieľ je považovaná adresa podsiete, cieľového počítača alebo implicitné (resp. predvolené) trasa (tj adresa routeru, za ktorým je typicky zvyšok Internetu). Hodnota cielu sa pohybuje v intervale od IP adresy 0.0.0.0 (implicitná brána) do 255.255.255.255 (lokálne broadcast). Spoločne s maskou siete sa cieľ používa na porovnávanie s cieľovou IP adresou z datagramu, ktorý je so záznamami v tabuľke porovnávaný.
• Maska siete slúžia na určenie rozsahu IP adries, pre ktoré záznam v tabuľke platia.
• Hodnota brány udáva IP adresu najbližšieho routera (smerovača), na ktorý majú byť datagramy odovzdávané.
• Rozhranie je podľa daného systému buď symbolické označenie sieťového rozhrania (napr. eth0) alebo IP adresa sieťového rozhrania v lokálnom počítači (tj sieťová karta), ktorá má byť použitá pre odovzdanie IP datagramu.
• Údaj o protokole uvádza, ako boli informácie o trase získané. Ak sa nachádza v stĺpci Protokol hodnota RIP, OSPF alebo ľubovoľná iná hodnota ako pojem Miestne, smerovač získava potrebné informácie o trasách cez smerovacie protokoly.