Сетевой и транспортный уровни

Над канальным уровнем, работающим только локально, находятся два уровня, делающие возможным более широкий обмен данными. Уровень 3 — это сетевой уровень, а уровень 4 — транспортный уровень. Сетевой уровень передаёт данные между отдельными сетями с помощью логических адресов, а транспортный уровень управляет взаимодействием между приложениями, в том числе обеспечивает надёжность. Вместе они переносят данные через интернет и доставляют их нужной программе.

Сетевой уровень отвечает за логическую адресацию и маршрутизацию, выбирая пути, по которым данные проходят через несколько сетей. Его главный элемент — IP-адрес (Internet Protocol), логический адрес, который идентифицирует устройство в любой точке интернета, в отличие от локального MAC-адреса. На сетевом уровне планируется и направляется путь от одной сети к удалённой сети.

IP-адрес — это логический и иерархический адрес, который можно маршрутизировать через интернет. Благодаря своей структуре он позволяет маршрутизаторам использовать отдельные его части для выбора направления — подобно тому, как читают почтовый индекс. IP-адреса можно назначать и изменять, в отличие от фиксированных MAC-адресов. Именно логическая адресация позволяет пакету найти сервер на другом конце света.

Маршрутизаторы — главные устройства уровня 3. Маршрутизатор считывает IP-адрес назначения каждого пакета и пересылает его к нужной сети, переход за переходом. Маршрутизаторы соединяют разные сети, поэтому домашний маршрутизатор подключает Вашу LAN к интернету. Каждый раз, когда данные должны перейти из одной сети в другую, решение принимает маршрутизатор уровня 3.

Единица сетевого уровня — пакет. Пакет оборачивает данные транспортного уровня заголовком IP, содержащим IP-адреса источника и назначения. Маршрутизаторы считывают этот заголовок, чтобы маршрутизировать пакет. В отличие от кадра, пакет предназначен для прохождения через множество сетей: IP-адреса остаются неизменными от отправителя до получателя, даже когда локальные кадры вокруг него меняются на каждом переходе.

Транспортный уровень управляет сквозным взаимодействием между приложениями. Он разбивает данные на сегменты, может обеспечивать надёжную доставку и использует номера портов, чтобы направлять данные нужной программе. Если уровень 3 доставляет пакеты нужному устройству, то уровень 4 обеспечивает их доставку нужному приложению на этом устройстве и проверяет корректность поступления.

TCP (Transmission Control Protocol) — надёжный транспортный протокол. Он устанавливает соединение, нумерует сегменты, подтверждает доставку с помощью подтверждений и повторно отправляет всё потерянное. TCP гарантирует, что данные поступят полностью и в правильном порядке, поэтому он идеально подходит для веб-страниц, электронной почты и передачи файлов. Обратная сторона такой надёжности — дополнительные накладные расходы из-за тщательного отслеживания.

UDP (User Datagram Protocol) — быстрый и лёгкий транспортный протокол. Он отправляет данные без установки соединения, подтверждений и гарантии порядка. Благодаря этому UDP работает быстро и эффективно, поэтому подходит для потокового видео, голосовых вызовов и игр, где скорость важнее повторной отправки потерянного пакета. UDP жертвует надёжностью ради небольших накладных расходов и минимальной задержки.

Номера портов позволяют одному устройству одновременно запускать множество сетевых приложений. Каждая служба прослушивает свой порт, например 80 для веб-трафика или 443 для защищённого веб-трафика. Транспортный уровень использует порты, чтобы доставлять входящие данные правильному приложению. Без портов устройство не смогло бы определить, предназначены ли поступившие данные для браузера, электронной почты или игры.

Вместе эти уровни образуют основу доставки данных через интернет. Сетевой уровень использует IP-адреса и маршрутизаторы, чтобы доставить пакет нужному устройству через множество сетей. Затем транспортный уровень использует порты и TCP или UDP, чтобы доставить данные нужному приложению — надёжно или быстро. Уровень 3 находит устройство, а уровень 4 — программу.

Уровень 3, сетевой уровень, отвечает за логическую IP-адресацию и маршрутизацию через маршрутизаторы, перемещая пакеты между сетями. Уровень 4, транспортный уровень, управляет сквозной доставкой с помощью портов и выбирает между надёжным TCP и быстрым UDP. Благодаря этим средним уровням данные могут пересекать глобальный интернет и при этом поступать именно нужному приложению.

Какой уровень использует IP-адреса и маршрутизаторы для передачи данных между отдельными сетями?

Сетевой уровень (уровень 3) использует логические IP-адреса и маршрутизаторы для маршрутизации пакетов между отдельными сетями. Транспортный уровень (уровень 4) управляет сквозной доставкой, используя номера портов для обращения к нужному приложению и выбирая TCP для надёжной доставки в правильном порядке или UDP для быстрой передачи с небольшими накладными расходами. Уровень 3 находит устройство, а уровень 4 — программу. Вместе они переносят данные через интернет.