Netzwerkschicht (Network Layer, Vermittlungsschicht)
Die Netzwerkschicht oder Vermittlungsschicht befindet sich auf Layer 3 des OSI-Kommunikationsmodells (Open Systems Interconnection) und hat in erster Linie die Aufgabe, Daten in und durch andere Netzwerke zu transportieren. Protokolle der Netzwerkschicht erreichen dieses Ziel, indem sie Daten mit korrekten Netzwerkadressinformationen verpacken, Die wählen entsprechende Netzwerkrouten und leiten die verpackten Daten auf den Stapel an die Transportschicht (Layer 4) weiter.
Zu den vorhandenen Protokollen, die im Allgemeinen der OSI-Netzwerkschicht zugeordnet sind, gehören der IP-Teil (Internet Protocol) des TCP/IP-Modells (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) – sowohl IPv4 als auch IPv6 – sowie IPX/SPX (NetWare Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange). Nahezu alle Unternehmensnetzwerke verwenden den TCP/IP-Stack, ebenso wie Mobilfunk-Datennetzwerke, einschließlich 3G-, 4G-LTE- und neuerdings auch 5G-Netzwerke.
Die Routing-Informationen, die in einem Paket enthalten sind, umfassen die Quelladresse des sendenden Hosts und die letztendliche Ziel-Host-Adresse des entfernten Hosts. Diese Informationen sind im Header der Netzwerkschicht enthalten, der Netzwerk-Frames auf der Datenschicht (Layer 2) einkapselt. Der Hauptunterschied – und die Bedeutung – zwischen den auf Schicht 2 enthaltenen Transportinformationen im Vergleich zu den Informationen auf der Netzwerkschicht, besteht darin, dass sich die Informationen über das lokale Netzwerk hinaus bewegen können, um Hosts in entfernten Netzwerkstandorten oder anderen Netzwerksegmenten zu erreichen. Abbildung 1 mit einer Netzwerktopologie zeigt Geräte in einem IP-Subnetz, die Layer-3-Routing verwenden, um mit Geräten in einem zweiten IP-Subnetz zu kommunizieren.
Funktionen der Netzwerkschicht
Die primäre Funktion der Netzwerkschicht ist es, die Verbindung verschiedener Netzwerke untereinander zu ermöglichen. Dies geschieht durch die Weiterleitung von Paketen an Netzwerk-Router, die mit Hilfe von Algorithmen die besten Wege für die Daten ermitteln. Diese Pfade werden als virtuelle Verbindungen (Virtual Circuits) bezeichnet. Die Netzwerkschicht stützt sich auf das Internet Control Message Protocol (ICMP) für die Behandlung von Fehlern und die Diagnose, um sicherzustellen, dass die Pakete korrekt gesendet werden. Außerdem steht Quality of Service (QoS) zur Verfügung, um bestimmten Datenverkehr gegenüber anderem Datenverkehr zu priorisieren. Die Netzwerkschicht kann entweder verbindungslose (beispielsweise das Internet) oder verbindungsorientierte Netzwerke unterstützen. Eine solche Netzwerkdatenübertragung kann aber nur von einem Typ sein und nicht von beiden.
Was sind das OSI-Modell und seine 7 Schichten?
OSI ist ein Kommunikationsreferenzmodell, das dabei hilft, zu konzeptualisieren, wie Daten in einem Netzwerk übertragen und empfangen werden können. Das Modell besteht aus sieben verschiedenen Schichten, die einen Stapel bilden. Jede Schicht im Stapel wird schrittweise abgearbeitet: zuerst bei der Datenübertragung nach oben und dann von der Spitze des Stapels nach unten, sobald die Daten ihr Ziel erreicht haben. Die Schichten des OSI-Modells, einschließlich der Netzwerkschicht, sind unten dargestellt:
Protokolle auf der Netzwerkschicht
Obwohl IP heute das beliebteste und am häufigsten verwendete Protokoll auf der Netzwerkschicht ist, gibt es noch viele andere Protokollbeispiele. Zu den Netzwerkprotokollen auf Schicht 3 gehören solche, die für das dynamische Routing von Netzwerken, sichere Kommunikation, Network Translation und Netzwerkredundanz verwendet werden. Hier sind ein einige Beispiele:
- Open Shortest Path First (OSPF) ist ein dynamisches Routing-Protokoll.
- Routing Information Protocol (RIP) ist ein dynamisches Routing-Protokoll.
- Network Address Translation (NAT) übersetzt und verwaltet eine IP-Adresse in eine andere.
- Internet Protocol Security (IPsec) ist eine sichere Netzwerkprotokollsuite, die Authentifizierung und Datenverschlüsselung verwendet.
- Hot Standby Router Protocol (HSRP) ist ein Redundanzprotokoll für Netzwerkpfade.
- Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) ist ein Netzwerkpfad-Redundanzprotokoll.
