Маршрутизация

Міністерство освіти та науки, молоді та спорту України

Луцький національний технічний університет

Кафедра комп’ютерної інженерії

РЕФЕРАТ

З ДИСЦИПЛІНИ

«КОМП'ЮТЕРНІ МЕРЕЖІ»

НА ТЕМУ:

«МАРШРУТИЗАЦІЯ»

ЛУЦЬК 2013

Вступ

В наш час комп’ютерні мережі перебувають в стані розвитку й набувають широкого розповсюдження. Лише комп’ютерна мережа Internet в даний час розрахована на 4.294.967.296 комп’ютерів, які матимуть IP адреси. До цього числа слід додати численні локальні та корпоративні мережі. Всі ці комп’ютери були з’єднані з метою обміну інформацією і власники комп’ютерів жадають швидкої передачі великої кількості інформації на значні відстані.

Вимоги користувачів мережі задовольняються покращенням якості каналів передачі даних на заміну телефонним дротам прийшлі оптично-волоконні лінії, канали передачі даних за допомогою супутникового зв’язку тощо. Але значну роль при такій кількості з’єднаних в мережу комп’ютерів відіграє якість протоколів, за допомогою яких здійснюється передача даних

між серверами, протоколів маршрутизації, алгоритмів на яких вони побудовані.     

            Враховуючи, що 4-байтну адресацію в мережі Internet буде замінено 8-байтною, тобто максимальна кількість комп’ютерів під’єднаних до мережі зросте у 4.294.967.296 разів, слід зазначити, що найбільшу роль відіграватиме покращення саме механізму маршрутизації пакетів даних між серверами мережі Internet.

Маршрутизація – це  задача знаходження  шляху між комп’ютером, що відсилає  дані та комп’ютером-одержувачем, але  в зв’язаній моделі IP ця задача в основному зводиться до пошуку шляхів до шлюзів між мережами. Поки пакети даних знаходяться на окремій мережі або підмережі проблеми маршрутизації вирішуються за технологією, специфічною для інтерфейсу цієї мережі. IP  маршрутизація починається, коли потрібно передати дані між різними мережами з різними інтерфейсами. Якщо мережі отримувача та відправника безпосередньо зв’язані, то дані мають  пройти через шлюз, що з’єднує мережі. Якщо ці мережі не зв’язані шлюзом, дані мають пройти через мережі, що знаходяться між відправником і одержувачем  та шлюзами що їх з’єднують.Як тільки дані доходять до шлюзу на мережі отримувача, технологія маршрутизації  цієї мережі спрямовує дані до отримувача.

Для знаходження маршруту до комп’ютера-отримувача система зберігає таблиці маршрутизації, які використовуються протоколами мережного рівня для вибору потрібного мережного інтерфейсу. Маршрутизаційна інформація зберігається у вигляді двох таблиць: перша – для маршрутів до хостів, друга – для маршрутів до мереж. Такий підхід дозволяє  використовувати універсальні механізми визначення маршрутів як для мереж із розподіленим середовищем передачі даних , так і для мереж типу point-to-point. Визначаючи маршрут, модуль мережного протоколу (IP) спочатку переглядає таблиці для хостів, а потім для мереж. Якщо пошук не дає результату, то використовується маршрут по замовчуванню.          

Визначення маршруту може базуватися на різноманітних показниках або  комбінаціях показників. Програмні  реалізації алгоритмів маршрутизації вираховують вартість маршруту для визначення оптимальних маршрутів до

пункту призначення.

В таблиці 1 наведено приклад таблиці  типу пункт призначення/наступний об’єкт для пересилання пакетів.

Таблиця 1 : маршрутизаційна таблиця типу пункт  призначення/наступний об’єкт для пересилання пакетів

Існує багато підходів до задач пошуку оптимальних шляхів в мережі, що реалізовані в протоколах, за якими відбувається маршрутизація, таких як Interior Gateway Protocols: OSPF (Open Shortest Path First), Dual IS-IS (Intermediate System to Intermediate System), RIP (Routing Information Protocol), GGP (Gateway to Gateway Protocol); Exterior Gateway Protocols: BGP (Border Gateway Protocol), EGP (Exterior Gateway Protocol), Inter-AS Routing without Exterior Gateway; Static Routing.

Найрозповсюдженішими в Internet є реалізації алгоритмів вектору відстані та відкриття найкоротшого шляху.

Алгоритми відкриття  найкоротшого маршруту, також відомі як алгоритми  стану канала направляють потоки маршрутизаційної інформации до всіх вузлів об'єднаної мережі. Але кожний маршрутизатор відсилає лише ту

частину маршрутизаційної таблиці, котра  описує стан його власних каналів. Алгоритми вектору відстані (також відомі, як  алгоритми Белмана-Форда) вимагають від кожногo маршрутизатора відсилки всієї або частини своєї

маршрутизаційної таблиці, але  лише своїм сусідам. Алгоритми відкриття  найкоротшого маршруту фактично направляють невеликі корекції по всіх напрямках, в той час як алгоритми вектору відстані відсилають більш великі корекції лише до сусідніх маршрутизаторів.

Відрізняючись більш швидкою сходимістю, алгоритми відкриття    найкоротшого маршруту трохи менше схильні до утворення петель маршрутизації, ніж алгоритми вектору відстані. З іншого боку, алгоритми відкриття  найкоротшого маршруту характеризуються більш складними розрахунками в порівнянні  з алгоритмами вектору відстані,  потребуючи більшої процесорної потужності та пам’яті, ніж алгоритми вектору відстані.            В  зв’язку з цим, реалізація та  підтримка алгоритмів відкриття  найкоротшого маршруту може бути більш дорогою. Не дивлячись на їхні відмінності, обидва типи алгоритмів добре функціонують за самих різноманітних умов.

В додатку наведено текст демону Routed, який реалізований у маршрутизаційному протоколі RIP на основі алгоритму вектору відстані.

Маршрутизація в IP–мережах

Термін маршрутизація (routing) означає передавання дейтаграм від одного вузла іншому. "Пряма" маршрутизація (direct routing) здійснюється між вузлами однієї підмережі. В цьому випадку вузол–відправник знає конкретну фізичну адресу отримувача й інкапсулює IP–дейтаграму у відповідний фрейм мережі. "Непряма" маршрутизація (indirect routing) означає передавання дейтаграм між вузлами різних (під)мереж, що здійснюється маршрутизатром. Виявивши розходження немаскованої (мережної) частини IP–адрес, вузол–відправник направляє фрейм з IP–дейтаграмою за фізичною адресою маршрутизатора. Маршрутизатор (спеціалізований пристрій або комп’ютер) зберігає таблиці маршрутизації за допомогою яких, якщо відома адреса призначення пакета, можна визначити адресу іншого маршрутизатора або іншої (під)мережі. Після аналізу IP–адреси отримувача маршрутизатор направляє дейтаграму в одну з безпосередньо під'єднаних до нього (під)мереж, або ж – наступному маршрутизатору. Для забезпечення міжмережного обміну всі вузли мережі (зокрема і маршрутизатори) повинні мати списки IP–адрес доступних маршрутизаторів.

Маршрутизація в IP-мережах (Відеокліп 2,2Mb)

Розташовані на межі локальної (кампусної) та глобальної мереж маршрутизатори називають граничними (Border Gateway). Його таблиці маршрутизації містять  інформацію як про внутрішні, так і про зовнішні мережі. Використання граничних маршрутизаторів дає змогу зменшити розміри таблиць внутрішніх маршрутизаторів та підвищити ефективність їхньої роботи.

Протоколи маршрутизації бувають  статичними та динамічними. У статичних протоколах зміни в таблицях маршрутизації робить адміністратор мережі, у динамічних цей процес відбувається автоматично.

RIP : Алгоритми вектору відстані

Алгоритми вектору відстані основані на обміні малої кількості інформації. Кожний об’єкт (шлюз або хост), що приймає участь в маршрутизації, має тримати інформацію про всі комп’ютери  системі. Кожний запис в таблиці маршрутизації включає наступний  шлюз, на який дані, напрямлені до об’єкту, мають бути відправлені. До того ж він має містити значення, що характеризує загальну відстань до об’єкту. Відстань -  це узагальнена характеристика, що може відображати швидкість передачі даних, грошову вартість передачі тощо. Алгоритми вектору вістані дістали свою назву від того, що вони можуть обчислити оптимальний маршрут коли змінюється лише список відстаней. Крім того, має місце обмін маршрутизаційною інформацією між безпосередньо зв’язаними об’єктами, тобто елементами спільної мережі. Записи в таблиці маршрутизації мають містити таку інформацію про комп’ютер-отримувач:

адреса : в IP реалізації це має бути IP адреса хоста або мережі;

шлюз : перший шлюз на цьому маршруті;

інтерфейс :  інтерфейс, що має бути використований, щоб досягти  першого  шлюза;

ціна : число, що  визначає відстань до комп’ютера-отримувача;

таймер : проміжок часу з того моменту  коли інформація була востаннє оновлена.  

На додаток можуть бути додані різні  флаги та інша інформація. Таблиця  починається з опису об’єктів, що прямо під’єднані до системи. Вона оновлюється на основі інформації, що приходить від сусідніх шлюзів. Найважливіша інформація, якою обмінюються хости та шлюзи міститься в звітах оновлення. Кожний об’єкт, що бере участь в маршрутизації посилає звіти оновлення, що описують таблиці маршрутизації в тому стані, в якому вони знаходяться на даний момент.  Можливо визначити оптимальний маршрут користуючись лише інформацією отриманою від сусідніх об’єктів. 

Алгоритми вектору відстані базуються  на таблиці даючи найкращий маршрут  з міркувань ціни (будь-якої характериски,яку  можна представити у вигляді суми ребер графу) . Формально, якщо вершини i та  j сусідні, тоді ціна  d(i,j) рівна ціні ребра між i та j.  В нормальному випадку всі об’єкти на даній мережі однакові, d(i,j) однакове для всіх об’єктів даноі мережі  і визначає ціну використовування цієї мережі. Щоб дістати ціну всього маршруту, потрібно додати ціни всіх ребер, що складають цей маршрут. Для зручності припустимо, що ціна – додатнє ціле. Нехай D(i,j) визначає ціну кращого маршруту з вершини i до вершини j. Вона має бути визначена для кожного ребра.  d(i,j) визначатиме ціни окремих кроків.  Формально, нехай d(i,j) визначає ціну маршруту, йдучи прямо з вершини i до вершини j. Це значення дорівнює нескінченності, якщо i та j не сусідні вершини. (Слід зауважити, що d(i,i) - нескінченність. Це так, якщо не брати до уваги, що вершина може мати пряме з’єднання до самої себе). Оскільки ціни адитивні, то можна показати отримання кращого маршруту так :         

   D(i,i) = 0,                                         для всіх            i

   D(i,j) = min [d(i,k) + D(k,j)],              інакше              k

 і найкращий маршрут той,  що починається з вершини  i до тих вершин k, для яких  d(i,k) + D(k,j) мінімальне.

  Ми можеме обмежити друге  рівняння для тих k, що є сусідами i.  Для інших d(i,k) нескінченність, тому вони не можуть дати мінімального значення.На основі цього можливо обчислити відстань. Об’єкт  i примушує його сусідів k прислати ціну шляху до об’єкту призначення j. Коли i отримує ціну d(k,j) від всіх k, він додає d(k,j) до ціни шляху D(i,k). Потім і порівнює значення від всіх сусідів і вибирає найменше.

Реальні реалізації алгоритму запам’ятовують найкращу ціну й ідентифікацію сусіда, що її надіслав. Інформація заміщається, коли надсилається менша ціна. Це дозволяє обраховувати мінімум, не зберігаючи інформацію від всіх сусідів. Але в випадку, коли інформація надходить від  об’єкта,  що був записаний в таблиці як найкращий, інформація оновлюється в будь-якому випадку. Механізм визначення найкращого маршруту передбачає крах об’єкту на ділянці цього маршруту. В зв’язку з цим встановлено, що  об’єкти мають відсилати оновлену інформаціію кожні 30 секунд. Якщо об’єкт, що дає кращу ціну, не відповідає протягом 180 секунд (враховується можливість втрати пакету), ціна шляху встановлюється в дуже велике значення.    

OSPF, Dual IS-IS: Алгоритм відкриття найкоротшого шляху

Огляд алгоритму.

Алгоритм відкриття найкоротшого шляху використовується як в  IP, так і в OSI середовищі. Він має складність О(N²).

Основний алгоритм, що будує PATHS з нуля, починає додавання систем з найвигіднішими маршрутами з оглядом на PATHS (не може існувати коротшого маршруту до SELF ). Потім визначається  TENT використовуючи локальні таблиці з відомостями про сусідні вершини.

Система не може бути розміщеною в  PATHS до тих пір, поки не доведено, що не існує маршруту, коротшого за даний. Коли система N розміщується в PATHS, перевіряється ціна маршруту до кожної вершини M сусідньої до N через саму вершину N. Цей маршрут визначається як сума ціни маршруту до N та ціни ділянки NM. Якщо <M,*,*> розміщений в TENT та нове значення буде більшим, маршрут ігнорується.Якщо <M,*,*> розміщений в TENT та нове значення буде меншим, старий запис заміщується новим. Якщо <M,*,*> розміщений в TENT та нове значення таке ж саме як те, що вже є в TENT то набір {Adj(M)} встановлюється як поєднання старого запису  (того, що міститься в TENT) та нового - {Adj(N)}. Якщо  M не знаходиться в  TENT, то даний маршрут додається в TENT.

Потім алгоритм знаходить триплети  <N,x,{Adj(N)}> in TENT з мінімальним x.

 Реалізація алгоритму відкриття найкоротшого шляху в DUAL IS-IS середовищі

Крок 0: Встановимо  TENT та  PATHS як пусті. Встановимо tentlength в 0.

(tentlength – це довжина шляху  досліджуваних елементів  TENT.)

1) Додамо  <SELF,0,W> до PATHS, де SELF – початкова система, W –спеціальна величина, що визначає трафік  до SELF що пройдений, включаючи внутрішній процес.

2) Тепер загрузимо  TENT локальними  даними шляхів  (Кожен запис  в TENT має бути визначений як  маршрутизатор або кінцева система OSI, щоб дозволити правильну перевірку в Кроці 2).

Для всіх суміжних вершин Adj(N) на всіх можливих каналах:

d(N) = ціна  маршруту, що проходить через  (N)

Adj(N) = кількість  вершин сусідніх N.

3) Якщо триплет  <N,x,{Adj(M)}> в TENT, то 

Якщо x = d(N), то  {Adj(M)} := {Adj(M)} U {Adj(N)}.

4) Якщо  N – маршрутизатор або кінцева  система OSI, і більше не існує суміжних вершин {Adj(M)} то видалимо надлишкову вершину.

5) Якщо x < d(N), нічого.

6) Якщо  x > d(N), видалити <N,x,{Adj(M)}> з TENT і  додати триплет <N,d(N),{Adj(N)}>.

7) Якщо  <N,x,{Adj(M)}> не в TENT, то додати  <N,d(N),{Adj(N)}> в  TENT.

8) Тепер  додаються системи, для яких  локальний маршрутизатор не має  суміжних вершин, але вони згадані  в сусідніх псевдовершинах LSP. Суміжність для таких систем визначається маршрутизатором.

9) Для всіх  широковєщательних каналів в  активному стані, знайти псевдовершину  LSP для цього каналу. Якщо така  існує, для всіх сусідів N, про  які згадувається на цій вершині  і не визначені в  TENT, додати  запис:

<N,d(N),{Adj(N)}> to TENT, where:

d(N) = ціна проміжку .

Adj(N) = кількість вершин, що стоять  на шляху до заданого маршрутизатора.

10) Перейти в Крок 2.

Крок 1: Визначити нульовий PDU в LSP ситеми, щойно доданої в PATHS

1)dist(P,N) = d(P) + metric.k(P,N) для кожного  сусіда N (як для кінцевої системи, так і для маршрутизатора) системи P.

2) Якщо dist(P,N) >максимальної ціни  проміжку, нічого.

3) Якщо <N,d(N),{Adj(N)}> є в PATHS, нічого.

d(N) повинне бути меншим ніж  dist(P,N), або N не повинне бути в PATHS. За бажанням можна зробити додаткову перевірку чи є d(N) меншим за dist(P,N). 

4) Якщо триплет <N,x,{Adj(N)}> в  TENT, тоді:

a) Якщо x = dist(P,N) тоді {Adj(N)}:= {Adj(N)} U {Adj(P)}.

b) Якщо N – маршрутизатор або  кінцева система OSI,  і більше  не існує суміжних вершин  {Adj(M)}, то видалимо надлишкову вершину.

c) Якщо x < dist(P,N), нічого.

d) Якщо x > dist(P,N), видалити <N,x,{Adj(N)}> з TENT, та додати <N,dist(P,N),{Adj(P)}>

5) Якщо <N,x,{Adj(N)}> не в TENT, додати <N,dist(P,N),{Adj(P)}> в TENT.

Крок 2: Якщо TENT пустий, зупинитися. Інакше:

1) Знайти  елемент <P,x,{Adj(P)}>, з мінімальним  x таким чином:

a)Якщо елемент  <*,tentlength,*> залишився в TENT в  списку для tentlength, вибрати цей  елемент. Якщо в списку існує  більше одного елементу, вибрати  один з цих елементів для системи, що є псевдовершиною, вибрати ту, що не є псевдовершиною. Якщо більше нема елементів в списку для tentlength, збільшити  tentlength і повторити Крок 2.

b)Видалити <P,tentlength,{Adj(P)}> з TENT.

c) Додати  <P,d(P),{Adj(P)}> в PATHS.

d) Якщо система тільки що додана в PATHS – кінцева система, то перейти в Крок 2. Інакше : перейти в Крок 1.

Позначення:

PATHS – представляє ациклічний  граф найкоротших шляхів від  системи S. Він представляється  як набір триплетів <N,d(N),{Adj(N)}>, де N ідентифікатор системи. d(N) загальна відстань від  N до S).

  {Adj(N)} –набір працюючих сусідів S, що їх можна використати N. Якщо система є в PATHS, шляхи, що відповідають цьому місцю є найкоротшими.

TENT – список триплетів у вигляді  <N,d(N),{Adj(N)}>, де N, d(N) та {Adj(N)} відповідають визначеним в PATHS.

TENT може  бути інтуітивно представлений  як місце системи в PATHS. Іншими  словами, триплет <N,x,{A}> в TENT говорить, що, якщо  N є в PATHS, d(N) відповідає x, але N не може бути  розміщене в PATHS поки не доведено, що не існує шляхів, коротших за x .

Так само <N,x,{A,B}> в TENT значить, що якщо  N є в PATHS, тоді d(N) буде дорівнювати x для маршрутів, що проходять через суміжну вершину  A або через суміжну вершину B.

 Запропоновано в реальній  реалізації таблиці TENT проводити сортування за характеристикою d(N).

Адресація та маршрутизація  в IP–мережах

Адресація в IP–мережах

На відміну  від фізичних MAC–адрес, формат яких залежить від конкретної мережної архітектури, IP–адреса будь–якого вузла мережі є чотирибайтовим числом. Записуються IP–адреси чотирма числами в діапазоні від 0 до 255, які представляються в двійковій, вісімковій, десятковій або шістнадцятковій системах числення та розділяються крапками (наприклад 192.168.40.250). Для більш ефективного використання єдиного адресного простору Internet введено класи мереж:

Мережі класу A ( 1–126) мають 0 в старшому біті адрес. На мережну адресу відводиться 7 молодших бітів першого байта, на гост–частину – 3 байти. Таких мереж  може бути 126 з 16 мільйонами вузлів у  кожній.

Мережі класу B (128–191) мають 10 у двох старших бітах адрес. На мережну  адресу відводиться 6 молодших бітів  першого байта та другий байт, на гост–частину – 2 байти. Таких мереж  може бути близько 16 тисяч з 65 тисячами вузлів в кожній.

Мережі класу C (192–223) мають 110 у трьох старших бітах адрес. На мережну адресу відводиться 5 молодших бітів першого байта та другий і третій байт, на гост–частину – 1 байт. Таких мереж може бути близько 2 мільйонів з 254 вузлами в кожній.

Мережі класу D (224–239) мають 1110 у чотирьох старших бітах адрес. Решта біт є спеціальною груповою адресою. Адреси класу D використовуються у процесі звернення до груп комп'ютерів.

Мережі класу E (240–255) зарезервовані  на майбутнє.

Для зменшення трафіка в мережах  з великою кількістю вузлів застосовується розділення вузлів за підмережами потрібного розміру. Адреса підмережі використовує кілька старших бітів гост–частини IP–адреси, решта молодших бітів – нульові. В цілому IP–адреса складається з адреси мережі, підмережі та локальної гост–адреси, яка є унікальною для кожного вузла. Для виділення номерів мережі, підмережі та госта (вузла) використовується маска підмережі – бітовий шаблон, в якому бітам, що використовуються для адреси підмережі, присвоюються значення 1, а бітам адреси вузла – значення 0. Розглянемо адресу 192.168.40.252 та значення маски 255.255.255.0. У цьому випадку маємо адресу підмережі 192.168.40 та адресу госта – 252. При цьому всі гости підмережі 192.168.40 мають встановити ту ж саму маску підмережі. Отже, мережа 192.168 може мати 256 підмереж з 254 вузлами в кожній. Використання ж маски 255.255.255.192 дасть змогу мати 1024 підмережі з 60 вузлами в кожній.

Комбінації всіх нулів або всіх одиниць у мережній, підмережній  або гост–частині зарезервовані  для загальних (broadcast) повідомлень та службових цілей. Наприклад, адреса 192.168.40.255 використовується для загального повідомлення всім вузлам підмережі 192.168.40.

Кожен гост може мати не тільки IP–адресу, але й ім'я (Host name). Як і цифрові IP–адреси, імена вузлів діляться на частини, що розділяються крапками. Починають запис від імені комп'ютера, далі йдуть імена локальних доменів (груп комп'ютерів) і закінчується ім'я вказанням імен вищих доменів (організаційних та територіальних). Список цих імен зберігається в спеціальній базі даних доменів служби імен DNS (Domain Name System). Наприклад, ім'я blues.franko.lviv.ua відповідає серверу з іменем Blues у домені franko.lviv.ua комп'ютерів кампусної мережі Львівського державного університету ім. І.Франка. Звертаючись до вузла, з однаковим успіхом можна використати як IP–адресу, так і його ім'я.

Стек протоколів TCP/IP

Архітектура протоколів TCP/IP призначена для об'єднаної мережі, що складається  зі з'єднаних між собою за допомогою  шлюзів окремих різнорідних комп'ютерних  підмереж.

Протоколи цієї сім'ї розроблялись для мережі ARPAnet Міністерства оборони  США, а пізніше отримали широке використання у мережах UNIX–машин та всесвітній мережі Internet. Стек протоколів TCP/IP розроблено та протестовано ще до прийняття стандартів ISO, а тому ієрархію управління в IP–мережах визначають п'ятьма рівнями:

1. - Hardware level ;

2. - Network interfase ;

3. - Internet level ;

4. - Transport level ;

5. - Application level .

1 – нижній рівень Hardware level описує  середовище передавання.

2 – рівень Network interfase (мережний інтерфейс) містить апаратнозалежне програмне забезпечення, яке забезпечує поширення інформації на певному відрізку середовища передавання.

3 – рівень Internet (міжмережний) level представлений  протоколами IP, ARP, RARP та ICMP. Головне його завдання – маршрутизація (вибір шляху передавання даних через множину проміжкових вузлів) під час передавання інформації від вузла–відправника до вузла–адресата. Інше важливе завдання протоколу IP – надання вищим рівням єдиного, уніфікованого та апаратно–незалежного інтерфейсу передавання інформації. Відповідність IP–адреси вузла його фізичній адресі в підмережі динамічно визначається за допомогою запитів протоколу ARP (Address Resolution Protocol) та запам'ятовування отриманих адрес. Протокол RARP (Reverse Address Resolution Protocol) виконує протилежні ARP функції – перетворює фізичні MAC–адреси у відповідні їм IP–адреси. Для обміну керуючими повідомленнями, повідомленнями про помилки, які можуть виникати у процесі передавання даних між вузлами, для визначення доступності вузлів, адрес маршрутизаторів тощо використовується протокол ICMP (Internet Control Message Protocol). Якщо маршрутизатор отримує пакет, який не може бути переданим адресатові (найчастіше така ситуація виникає, якщо маршрутизатору не відомий маршрут до адресата), він повертає відправнику ICMP–повідомлення "Гост недоступний" (Host Unreachable). Адміністратори для з'ясування доступності госта часто користуються утилітою ping (у режимі командної стрічки її синтаксис такий: ping [IP_адреса | ім'я_госта] ), яка грунтується на повідомленнях ICMP.

4 – протокол IP не забезпечує  гарантовану доставку пакетів,  збереження порядку та цілісності  їх потоку. Ці завдання вирішують  протоколи TCP (Transmission Control Protocol) та UDP (User Datagram Protocol), які відносяться до Transport (транспортного) level. Однак TCP та UDP реалізують різні режими передавання даних. UDP (як і IP) є дейтаграмним (datagram) протоколом без налагодження з'єднання. На відміну від UDP TCP є протоколом з налагодженням з'єднань – два вузли "домовляються" про обмін даними та управління цим потоком. Протокол TCP забезпечує організацію зв'язку між вузлами мережі з гарантованою доставкою повідомлень. Він контролює налагодження віртуального з'єднання з вузлом–адресатом, контролює послідовність пакетів при одержанні їх в пункті призначення, опрацьовує помилки. TCP не підтверджує одержання пошкоджених або втрачених даних, що одразу є для відправника сигналом для виконання повторного передавання. Завдяки цьому стек протоколів TCP/IP задовольняє потреби поетапного передавання даних, клієнт–серверних застосувань тощо. Надійність TCP забезпечується певною втратою продуктивності передавання даних. Протокол UDP працює швидше ніж TCP, однак не гарантує доставку повідомлень. Особливістю UDP є також підтримка загальних повідомлень, завдяки яким один вузол має змогу одночасно звертатись до кількох інших.

5 – рівню Application (прикладному) level відповідають прикладні задачі, серед яких найбільш відомими  є гіпертекстові засоби віддаленого доступу WWW, обмін файлами FTP (File Transfer Protocol), протокол служби логічних імен DNS (Domain Name Service), електронна пошта SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) та емуляція термінала віддаленого UNIX–серверу TelNet.

Взаємодія рівнів загалом має такий вигляд:

Застосування передає транспортному  рівневі повідомлення (message) певної семантики та розміру.

Транспортний рівень розрізає, в  разі потреби, повідомлення на пакети (packet), які передаються міжмережному рівню.

Міжмережний рівень, тобто протокол IP, формує свої IP–пакети (IP–дейтаграми) та упаковує їх у формати, що відповідають певному фізичному середовищу передавання. Такі апаратнозалежні пакети називають кадрами, або фреймами.

Віртуальні приватні мережі

Віртуальні приватні мережі (VPN) —  досить популярна тема, що відноситься до безпеки комп'ютерних мереж. Завдяки технологіям VPN, стало можливим використовувати загальнодоступні небезпечні мережі, такі як інтернет, для захищеної передачі даних, використовуючи для цього можливості шифрування і електронно-цифрового підпису. При такому підключенні користувач може працювати з ресурсами віддаленої мережі точно так, як і з ресурсами локальної мережі. Багато виробників маршрутизаторів стали випускати моделі з підтримкою VPN, починаючи від простого пропускання тунелів VPN, до повноцінних вбудованих серверів PPTP або IPSec. Для створення VPN використовуються такі протоколи: IPSec (Internet Protocol Security), PPTP (Point-to-Point Tunneling Protocol), L2TP (Layer 2 Tunneling Protocol), SSL.

Пропускання тунелів (VPN pass through) дозволяє тунелям VPN проходити через маршрутизатор; наявність цієї функції стала стандартом де-факто, хоча раніше не через всі пристрої можна було встановити VPN-з'єднання.

VPN-клієнт дозволяє ініціювати  з'єднання з VPN-сервером. Представляє  інтерес для абонентів провайдерів,  що надають доступ в мережу  через VPN (часто використовується  протокол PPTP), а також для філіалів підприємств, яким необхідне безпечне підключення до центрального офісу.

VPN-сервер дозволяє приймати  підключення, ініційовані клієнтами.  Часто використовується в центральних  офісах підприємств для підключення  філіалів і співробітників.

Підтримка VPN-тунелів (VPN Endpoint). Створення  віртуального тунеля між маршрутизаторами мереж найчастіше припускає використання протоколів IPSec, які дозволяють шифрувати  і розшифровувати передавані дані, а також перевіряти їхню незмінність  і обмінюватися ключами. Саме такий сценарій сьогодні найактивніше використовується для об'єднання кількох віддалених одна від одної мереж.

Організація динамічної маршрутизації безпровідних мереж

Використання бездротових технологій у промисловості та у побуті дає  змогу швидко створити мережі для моніторингу та управління, які мають ряд переваг над класичними провідними мережами. Бездротова мережа більш гнучка та менш затратна особливо при великій кількості з’єднуваних пристроїв.

На сьогоднішній день найбільш розповсюдженими стандартами бездротового зв’язку є: WiFi – для домашніх та офісних комп’ютерних мереж, Bluetooth – для підключення периферійних пристроїв, GSM – телефонний

зв’язок. Але цих стандартів недостатньо  для оптимального вирішення деяких специфічних задач. Бездротові персональні мережі (WPAN), розроблені

робочою групою IEEE 802.15 і регламентовані стандартом IEEE 802.15.4, призначені для організації зв’язку різноманітних пристроїв: комп’ютерної, побутової та оргтехніки, датчиків та засобів зв’язку.

Динамічна маршрутизація – режим роботи мережевої топології, при якому конфігурація топології радіосистеми змінюється автоматично на

основі пошуку найближчих шляхів доставки пакетів до адресата[3]. Даний режим роботи передбачає обмін оперативною інформацією між сусідніми вузлами мережі, в процесі якого вони інформують один одного про доступність. На основі отриманих  даних кожен вузол формує таблицю маршрутизації, тобто виступає в ролі маршрутизатора. Шляхом обміну сформованими таблицями, кожен вузол

отримує повну інформацію про топологію мережі.

ДМ має ряд переваг над  статичною:

· Адаптація при зміні конфігурації мережі – робота мережі автоматично перестроюється внайбільш оптимальну топологічну структуру

· Збільшення живучості – зазвичай існують декілька резервних маршрутів передачі даних в мережі

· Зручність в проектуванні та введенні в експлуатацію – користувачу достатньо

призначити номера окремим модулям  та встановити їх на місце призначення.

В залежності від застосування IEEE 802.15.4 може працювати в рамках однієї з двох топологій: зірка та peer-to-peer (P2P). У випадку зіркоподібної топології зв’язок встановлюється між окремими пристроями та центральним контролером, який називають координатором PAN (Personal Area Network), рис. 1. Координатор PAN виконує обов’язки первинного контролера PAN. Всім пристроям, що працюють в мережі будь-якої топології присвоюється 64-бітна адреса. Ця адреса може бути використана для прямих комунікацій в межах PAN. Координатор

PAN може використовувати скорочені  адреси для групової адресації мережевих пристроїв. Координатор PAN може живитися від мережі  змінного струму, в той час коли інші пристрої зазвичай живляться від батарей. Дана топологія використовується в домашніх системах автоматизації, периферійних пристроях, іграшках та іграх.