Skip to content

CCNA1 : Chapter 5 OSI Network Layer

CCNA1 : CCNA Exploration Network Fundamentals – 4.0

Chapter 5 OSI Network Layer

>IPv4Network Layer: Communication from Host to Host

-Layer 3 uses four basic processes:

1. Addressing : Network layer จะต้องจัดหาวิธีการสำหรับ addressing ให้ end devices
2. Encapsulation :  มีการประกอบข้อมูลที่ได้รับมา กับส่วนควบคุมซึ่งอยู่ส่วนหัวของข้อมูลเรียกว่า Header เรียกว่า packet
3. Routing : การหาเส้นทางจากต้นทางไปยังปลายทาง โดยจะมี router เป็นอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อระหว่างเน็ตเวิร์กช่วยในการหาเส้นทางไปยังปลายทาง
4. Decapsulation : เมื่อแพกเกตมาถึงปลายทางจะมีการตรวจสอบความถูกต้องของ address ถ้า address นั้นถูกต้อง จะทำการถอด header ออก

- โปรโตคอลที่ใช้ Internet Protocol version 4 (IPv4), Internet Protocol version 6 (IPv6), Novell Internetwork, Packet Exchange (IPX), AppleTalk, Connectionless Network Service (CLNS/DECNet)

IPv4: Example Network Layer Protocol

- ลักษณะพื้นฐานของ IPv4

1. Connectionless : ไม่มีการสร้างการติดต่อกันก่อนการส่งแพ็กเกต
2. Best Effort (unreliable) : ไม่มี overhead ในการยืนยันการส่งของแพ็กเกต
3. Media Independent : Operates independently of the medium carrying the data.

The IPv4 Protocol – Connectionless

-  บริการแบบ Connectionless นั้นแพ็กเกตที่จะต้องถูกส่งออกไปนั้นสามารถส่งไปได้เลยไม่จำเป็นที่จะต้องมีการสร้างการติดต่อระหว่างโพรเซสกันก่อน แต่ละแพ็กเกตอาจจะไม่ได้เดินทางไปเส้นทางเดียวกัน ทำให้มีโอกาสที่จะไปถึงผู้รับไม่พร้อมกันและไม่เรียงลำดับกัน เมื่อไปถึงผู้รับแล้วจะไม่มีการตอบรับกลับจากผู้รับ ซึ่งจะทำให้ผู้ส่งไม่สามารถทราบได้ว่าผู้รับได้รับแพ็กเกตแล้วหรือไม่ ตัวอย่างเช่น UDP
- บริการแบบ Connection-oriented  นั้น ทั้งผู้ส่งและผู้รับจะต้องมีการสร้างการติดต่อกันก่อน จึงจะสามารถส่งข้อมูลกันได้ เมื่อเสร็จแล้วจะต้องมีการยกเลิกการติดต่อ ตัวอย่างเช่น TCP

The IPv4 Protocol – Best Effort

- หน้าที่ของ Network Layer คือส่งแพกเกตระหว่าง host โดยจะไม่สนใจชนิดของการติดต่อทีอยู่ภายในแพกเกต
- การให้บริกา่รแบบ Best Effort จะทำให้ Unreliable ซึ่ง Unreliable หมายความว่าื IP ไม่มีความสามารถในการจัดการ,เอาคืน แพกเก็ตที่ไม่ได้ส่งหรือถูกรบกวน
- header of an IP packet : ไม่มีการรับประกันการส่ง, ไม่มีการตอบรับกลับของการส่ง, ไม่มีการควบคุุมความผิดพลาด, ไม่มีการติดตามแพกเกต ดังนั้นจึงไม่มีความเป็นไปได้สำหรับ  packet retransmissions

The IPv4 Protocol – Media Independent

- Network layer ไม่ได้เป็นสนใจกับลักษณะของสื่อของแพกเกตที่จะส่ง โดยแพ็กเกตสามารถส่งผ่านสื่อได้หลายสื่อ เช่น electrically over cable, as optical signals over fiber, or wirelessly as radio signals.
- คุณลักษณะหลักของสื่อที่ใ้ช้ใน Network Layer พิจารณาคือ ขนาดมากสุดของ PDU ที่สื่อสามารถที่จะส่งได้ โดย คุณลักษณะนี้อ้างถึง Maximum Transmission Unit (MTU)
- ส่วนของการควบคุมการสื่อสารระหว่าง Data Link layer และ the Network layer คือการสร้างขนาดมากสุดสำหรับแพกเกต Data Link layer จะ่ส่ง MTU ขึ้นไปยัง Network layer แล้ว Network layer จะทำการพิจารณาขนาดมากสุดที่จะสามารถสร้างแพกเกตได้
- ใน intermediary device ( router) จะต้องการการแบ่งแพกเกตเวลาที่จะส่ง กระบวณการนี้เรียกว่า fragmentation

IPv4 Packet: Packaging the Transport Layer PDU

- Transport layer จะทำการเพิ่ม Segment header ให้กับ Data ทำให้ segment สามารถตรวจสอบและส่งใหม่ได้
- Network layer จะทำการเพิ่ม IP herder ทำให้แพกเกตสามารถไปยังปลายทางได้
- ใน TCP/IP based Network , Network layer PDU is IP Packet

IPv4 Packet Header

- VER
- IHL
- Type-of-Service (ToS)
- Packet Length
- Identification
- Flags
- Fragmentation Offset
- Time-to-Live (TTL)
- Protocol
- Header checksum
- IP Source Address
- IP Destination Address
- Option

>Networks: Dividing Hosts into Groups

Seperating Hosts into  Common Groups

- เน็ตเวิร์กขนาดใหญ่จะถูกแบ่งให้มีขนาดเล็กลงเพื่อทำให้เชื่อมต่อถึงกันได้ เน็ตเวิร์กขนาดเล็กนี้มักจะถูกเรียกว่า subnetworks หรือ subnets
- การแบ่งเน็ตเวิร์กนั้นขึ้นกับ usage facilitates ที่ส่งผลกระทบกับการจัดสรรปันส่วนของทรัพยากรของเน็ตเวิร์ก และ สิทธิ์ในการเข้าถึงทรัพยากรนั้นๆ
- ผู้เชี่ยวชาญทางเน็ตเวิร์กต้องการความสมดุลของจำนวน host บนเน็ตเวิร์กกับจำนวนของ traffic จากผู้ใช้

Why Separate Hosts into Networks? – Performance

- Large numbers of hosts connected to a single network can produce volumes of data traffic that may stretch, if not overwhelm, network resources such as bandwidth and routing capability.
- เมื่อมี host จำนวนมากเชื่อมต่อกันในเน็ตเวิร์กเดียว สามารถสร้างจำนวนของ data traffic ที่อาจจะขยายออก ถ้าไม่

Why Separate Hosts into Networks? – Security

-  การแบ่งเน็ตเวิร์กขึ้นกับการเข้าถึงของผู้ใช้ หมายความถึง ความปลอดภัยในการสื่อสารและข้อมูลจากการไม่มีสิทธิ์เข้าถึงโดยผู้ใช้ภายในองค์กรและภายนอกองค์กร
- ความปลอดภัยระหว่างเน็ตเวิร์คทำผ่าน intermediary device (router หรือ firewall appliance) ที่เขตนอกสุดของเน็ตเวิร์ก

Why Separate Hosts into Networks? – Address Management

- การแบ่งเน็ตเวิร์กขนาดใหญ่ทำให้ host ที่ต้องการสื่อสารถูกรวมกลุ่มกัน เป็นการลด overhead ที่ไม่จำเป็นของ host ทั้งหมดที่ต้องการรู้ address
- สำหรับเส้นทางอื่น host ต้องการรู้เพียง address ของ intermediary device ที่ส่งแพ็กเกตไป ซึ่ง intermediary device นั้นเรียกว่า gateway โดย gateway คือ router บนเน็ตเวิร์กที่ทำหน้าที่เป็นทางออกจากเน็ตเวิร์ก

How Do We Separate Hosts into Networks? – Hierachical Addressing

- Hierarchical address มีลักษณะเฉพาะที่ระบุของแต่ละhost มันจะมี level ที่ช่วยในการส่งแพ็กเกตผ่าน internetworks ซึ่งทำให้เน็ตเวิร์กสามารถจะแบ่งได้โดยขึ้นกับแต่ละlevel นั้น

Dividing Networks from Networks

- การทำ Subnetting เป็นการนำเอา Network Address ที่มีอยู่ 1 Address มาแบ่งซอยออกเป็นหลาย ๆ Sub-Network Address เพื่อให้สามารถนำไปกำหนดให้กับเน็ต เวิร์กแต่ละเซกเมนต์ (Segment) ได้
- หลักการของการทำ Subnet มีอยู่ว่าเราต้องขอยืมเอา bit ในตำแหน่งที่แต่เดิมเคยเป็น Host Address มาใช้เป็น Sub-network Address ด้วยการแก้ไขค่า Subnet Mask ให้เป็นค่าใหม่ที่เหมาะสม

>Routing: How Data Packets Are Handled

Device Parameters: Supporting Communication Outside the Network

- ในการสื่อสารกับอุปกรณ์ในเครือข่ายอื่น host จะใช้ address ของ gateway ในการส่งแพ็กเกตออกนอกเครือข่าย
- เราเตอร์ต้องการเส้นทางที่ระบุเส้นทางในการส่งแพ็กเกตต่อไป ซึ่งเรียกว่า next-hop address ถ้าเส้นทางถูกเราเตอร์ใช้ เราเตอร์จะส่งแพ็กเกตไปยัง next-hop router ที่เสนอเส้นทางที่ไปยังเครือข่ายปลายทาง

IP Packets: Carrying Data End to End

- IP packet ถูกสร้างที่ Layer 3 เพื่อส่งไปยัง Layer 4 PDU
- ถ้าปลายทางอยู่ในเครือข่ายเดียวกับต้นทาง การส่งแพ็กเกตหว่าง host ไม่ต้องใช้เราเตอร์
- ถ้ามีการสื่อสารระหว่าง host ที่อยู่คนละเครือข่ายกัน local network จะส่งแพ็กเกตจากต้นทางไปยัง gateway router เราเตอร์จะพิจารณา network portion เพื่อค้นหาเส้นทางแล้วส่งไปยังเส้นทางที่เหมาะสม ถ้าปลา่ยทางติดกับเราเตอร์โดยตรง แพ็กเกตจะถูกส่งตรงไปยัง host นั้น แต่ถ้าปลายทางไม่ได้ติดกับเราเตอร์นั้น แพ็กเกตจะถูกส่งต่อไปยังเราเตอร์ถัดไป

Gateway: The Way Out of the Network

- Gateway หรือที่รู้จักในนาม default gateway ถูกใช้ในการส่งแพ็กเกตออกนอกเครือข่าย ถ้า network portion of the destination address ของแพ็กเกตต่างจาก host แพ็กเกตนั้นต้องการจะส่งออกนอกเครือข่าย จึงต้องส่งแพ็กเกตไปยัง gateway โดย gateway นี้คือrouter interface ที่เชื่อกับเครือข่ายภายใน
- default gateway ถูกปรับแต่งบน host โดยในระบบ Window จะใช้ Internet Protocol (TCP/IP) Properties tools ในการใส่ค่า default gateway IPv4 address โดยที่ host ของ IPv4 address และgateway address ต้องอยู่ในเครือข่ายเดียวกัน

Route: A Path to a Network

- เส้นทางใน routing table จะต้องประกอบด้วย

1. Destination network :  เราเตอร์จะทำการ  match destination address ใน packet header ด้วย destination network ของเส้นทางในrouting table
2. Next-hop : แพ็กเกตจะถูกส่งมายัง next-hop router ที่เลิือกโดยเส้นทางนั้น
3. Metric : ถ้ามีสองเส้นหรือมากกว่าที่ไปยังปลายทางเดียวกัน จะใช้ Metric ในการตัดสินใจในการหาเส้นทางไป

- default route จะถูกใช้เมื่อเครือข่ายปลายทางไม่ถูกแสดงโดยเส้นทางอื่นใน routing table

Destination Network

- Destination network แสดงใน routing table หรือเรียกว่าเส้นทาง โดยเป็นตัวแทนของ range ของ host addresses, network
- Default route เป็นเส้นทางที่จะเหมาะกับเครือข่ายปลายทางทั้งหมด ในเครือข่าย IPv4 จะใช้ 0.0.0.0 เป็น default route โดย default route จะถูกใ้ช้ส่งแพ็กเกตเมื่อไม่มีเส้นทางใน routing table สำหรับเครือข่ายปลายทาง

Next Hop: Where the Packet Goes Next

- Next-hop เป็น address ของอุปกรณ์ที่จะส่งแพ็กเกตต่อไป สำหรับ host บนเครือข่าย address ของ default gateway (router interface) คือ next-hop สำหรับทุกแพ็กเกตที่มีเส้นทางไปยังเครือข่ายอื่น

Packet Forwarding: Moving the Packet Toward Its Destination

- สิ่งเราเตอร์จะทำกับแพ็กเกต คือ ส่งไปยังเราเตอร์ถัดไป หรือ ส่งไปยังปลายทาง หรือ ทิ้งแพ็กเกตนั้น
- แพ็กเกตที่มาถึง router’s interfaces จะถูก router’s interfaces  ที่ชั้น Data Link layer (Layer 2) PDU
- ถ้า routing table ไม่มีเส้นทางที่จะส่งแพ็กเกตไป แพ็กเกตนั้นจะถูกส่งไปยัง interface ที่ระบุโดย default route โดย default route รู้จักในนามของ Gateway of Last Resort.

>Routing Processes: How Routes Are Learned

Routing Protocols – Sharing the Routes

- router จะสามารถหาเส้นทางของการส่งแพ็กเกตได้จะต้องมี ตารางหาเส้นทาง (Routing Table) เมื่อมีแพ็กเกตต้องการส่งออกไปหรือรับเข้ามา router จะตรวจสอบจากตารางหาเส้นทางก่อนว่าจะสามารถส่งไปยังปลายทางได้อย่างไร ซึ่งตารางหาเส้นทางนี้ควรจะเป็นเส้นทางที่สั้นที่สุดที่แพ็กเกตต้องเดินทางไป
- router แต่ละตัวไม่จะเป็นต้องรู้เส้นทางการส่งทั้งหมด เพียงแต่รู้ว่าจะส่งต่อไป next hop ที่ไหนเพื่อให้ถึงปลายทาง

Static Routing

- ข้อมูลในตารางหาเส้นทางแบบสเตติกนั้น จะถูกสร้างโดยผู้ควบคุมเครือข่าย ซึ่งจะต้องป้อนข้อมูลการหาเส้นทางลงไปในตาราง ดังนั้นตารางนี้จึงไม่สามารถปรับปรุงอัตโนมัติได้
- ตารางหาเส้นทางแบบสเตติกจะใช้สำหรับเครือข่ายขนาดเล็กที่ไม่ค่อยมีการเปลี่ยนแปลงมากนัก หรือใช้สำหรับระบบทดสอบ แต่จะไม่เหมาะกับเครือข่ายขนาดใหญ่ เช่น อินเตอร์เนต

Dynamic Routing

- ตารางหาเส้นทางแบบไดนามิกนี้จะสามารถถูกปรับปรุงได้โดยอัตโนมัติ โดยการใช้โพรโตคอลหาเส้นทาง อย่างเช่น Routing Information Protocol (RIP), Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP), Open Shortest Path First (OSPF)
- โพรโตคอลหาเส้นทางจะประกอบไปด้วยทั้งกฏและวิธีกา่รที่เราเตอร์ในอินเตอร์เนตบอกกับเราเตอร์อื่นๆ ถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น ดังนั้นจึงต้องมีการแชร์ข้อมูลซึ่งกันและกัน
- ในการอัพเดต routing table แบบนี้มีค่าใช้จ่ายคือ

1. การเปลี่ยนข้อมูลของเส้นทางเพิ่ม overhead ซึ่งใช้ network bandwidth
2. ข้อมูลของเส้นทางที่ได้รับถูกดำเนินการอย่างครอบคลุมโดย protocols อย่าง EIGRP และ OSPF เพื่อที่จะสร้าง routing table ซึ่งหมายถึงเราเตอร์ใช้งานโพรโตคอลเหล่านี้เพื่อต้องการมีประสิทธิภาพในการทำงานทั้ง การสร้าง protocol’s algorithms และ การแสดงหาเส้นทางในการส่งแพ็กเกตได้อย่างถูกเวลา

Spread The Love, Share Our Article

Related Posts

Comments

There are no comments on this entry.

Trackbacks

There are no trackbacks on this entry.

Add a Comment

Required

Required

Optional