नेटवर्क लेयर और रूटिंग

नेटवर्क लेयर पैकेटों को एक स्रोत होस्ट से गंतव्य होस्ट तक कई लिंक और नेटवर्क पर ले जाती है, जिसमें एक डेटा प्लेन होता है जो प्रत्येक राउटर पर प्रत्येक पैकेट को अग्रेषित करता है और एक कंट्रोल प्लेन होता है जो उन पैकेटों द्वारा अनुसरण किए जाने वाले मार्गों की गणना करता है।

Definition

नेटवर्क लेयर प्रोटोकॉल लेयर है जो एक इंटरनेटवर्क पर पैकेटों की होस्ट-टू-होस्ट डिलीवरी के लिए जिम्मेदार है, जो एड्रेसिंग, राउटर के भीतर पैकेटों को अग्रेषित करना (डेटा प्लेन), और नेटवर्क पर रूट निर्धारण (कंट्रोल प्लेन) प्रदान करती है।

Scope

यह क्षेत्र इंटरनेटवर्किंग को कवर करता है: इंटरनेट प्रोटोकॉल (IP) और इसकी एड्रेसिंग और फॉरवर्डिंग, रूटिंग एल्गोरिदम (लिंक-स्टेट और डिस्टेंस-वेक्टर) जो पाथ की गणना करते हैं, इंट्रा-डोमेन और इंटर-डोमेन प्रोटोकॉल (स्वायत्त प्रणालियों के बीच BGP सहित) में रूटिंग का संगठन, और अधिक हालिया सॉफ्टवेयर-डिफाइंड नेटवर्किंग प्रतिमान जो कंट्रोल प्लेन को तार्किक रूप से केंद्रीकृत नियंत्रकों पर अलग करता है। यह प्रति-पैकेट डेटा प्लेन को रूट-कंप्यूटिंग कंट्रोल प्लेन से अलग करता है, और इसके ऊपर ट्रांसपोर्ट-लेयर एंड-टू-एंड सेवाओं और इसके नीचे लिंक-लेयर हॉप-बाय-हॉप डिलीवरी को बाहर करता है।

Sub-topics

• इंटरनेट प्रोटोकॉल और एड्रेसिंग
• इंट्रा- और इंटर-डोमेन रूटिंग
• रूटींग एल्गोरिदम
• सॉफ्टवेयर-परिभाषित नेटवर्किंग

Core questions

• एक राउटर अपने गंतव्य की ओर एक पैकेट को कैसे अग्रेषित करता है, और फॉरवर्डिंग टेबल में क्या होता है?
• IP एड्रेस कैसे संरचित और आवंटित किए जाते हैं, और सबनेटिंग और CIDR कैसे काम करते हैं?
• लिंक-स्टेट और डिस्टेंस-वेक्टर एल्गोरिदम सबसे कम लागत वाले पाथ की गणना कैसे करते हैं?
• रूटिंग को इंट्रा-डोमेन प्रोटोकॉल और इंटर-डोमेन प्रोटोकॉल BGP में क्यों विभाजित किया गया है?
• सॉफ्टवेयर-डिफाइंड नेटवर्किंग रूटिंग निर्णय कहाँ और कैसे किए जाते हैं, इसे कैसे बदलती है?

Key concepts

• इंटरनेट प्रोटोकॉल (IP)
• IP एड्रेसिंग, सबनेटिंग, और CIDR
• फॉरवर्डिंग टेबल और लॉन्गेस्ट-प्रीफिक्स मैच
• लिंक-स्टेट रूटिंग
• डिस्टेंस-वेक्टर रूटिंग
• स्वायत्त प्रणालियाँ
• बॉर्डर गेटवे प्रोटोकॉल (BGP)
• कंट्रोल प्लेन और डेटा प्लेन
• सॉफ्टवेयर-डिफाइंड नेटवर्किंग
• नेटवर्क एड्रेस ट्रांसलेशन (NAT)

Key theories

डेटा प्लेन बनाम कंट्रोल प्लेन पृथक्करण

नेटवर्क लेयर को एक तेज़ डेटा प्लेन में विघटित किया जाता है जो फॉरवर्डिंग टेबल के अनुसार प्रत्येक आने वाले पैकेट को अग्रेषित करता है, और एक कंट्रोल प्लेन जो रूटिंग प्रोटोकॉल के माध्यम से उन टेबलों की गणना करता है; सॉफ्टवेयर-डिफाइंड नेटवर्किंग कंट्रोल प्लेन को केंद्रीकृत करके इसे और आगे ले जाती है।

सबसे कम लागत वाला पाथ रूटिंग

रूटिंग एल्गोरिदम नेटवर्क को एक भारित ग्राफ के रूप में मॉडल करते हैं और सबसे छोटे पाथ की गणना करते हैं: लिंक-स्टेट एल्गोरिदम (डिज्क्स्ट्रा) प्रत्येक राउटर को एक पूर्ण टोपोलॉजी दृश्य देते हैं, जबकि डिस्टेंस-वेक्टर एल्गोरिदम (बेलमैन-फोर्ड) पड़ोसियों के साथ अनुमानों का आदान-प्रदान करते हैं और पुनरावृत्त रूप से अभिसरण करते हैं।

नीति-आधारित इंटर-डोमेन रूटिंग

स्वतंत्र रूप से प्रशासित स्वायत्त प्रणालियों के बीच रूटिंग बॉर्डर गेटवे प्रोटोकॉल द्वारा नियंत्रित होती है, जो पहुंच जानकारी प्रसारित करती है और प्रत्येक नेटवर्क को विशुद्ध रूप से सबसे छोटे पाथ मेट्रिक्स के बजाय व्यावसायिक और नीतिगत प्राथमिकताओं को लागू करने देती है।

Clinical relevance

नेटवर्क लेयर वह लेयर है जो वैश्विक इंटरनेट को एक एकल पहुंच योग्य प्रणाली बनाती है: इंटरनेट को पार करने वाला प्रत्येक पैकेट IP राउटर द्वारा अग्रेषित किया जाता है, और हजारों स्वायत्त प्रणालियों के बीच BGP निर्णय वैश्विक कनेक्टिविटी निर्धारित करते हैं। सॉफ्टवेयर-डिफाइंड नेटवर्किंग अब बड़े क्लाउड और डेटा-सेंटर नेटवर्क को आधार बनाती है, जिससे ऑपरेटर ट्रैफिक इंजीनियरिंग और आइसोलेशन को केंद्रीय रूप से प्रोग्राम कर सकते हैं। एड्रेस की कमी ने IPv4 से IPv6 में संक्रमण को प्रेरित किया।

History

इंटरनेट प्रोटोकॉल को RFC 791 (1981) में TCP/IP आर्किटेक्चर के कनेक्शनलेस, बेस्ट-एफर्ट कोर के रूप में निर्दिष्ट किया गया था। RIP और OSPF जैसे आंतरिक रूटिंग प्रोटोकॉल और बाहरी प्रोटोकॉल BGP इंटरनेट के बढ़ने के साथ रूटिंग को प्रबंधित करने के लिए विकसित हुए। 2008 के OpenFlow प्रस्ताव ने बाहरी नियंत्रक को स्विच फॉरवर्डिंग टेबल को उजागर करके सॉफ्टवेयर-डिफाइंड नेटवर्किंग की शुरुआत की, जिससे बड़े नेटवर्क के निर्माण और प्रबंधन के तरीके को नया रूप दिया गया।

Debates

वितरित कंट्रोल प्लेन बनाम केंद्रीकृत SDN कंट्रोल

पारंपरिक रूटिंग मजबूती और स्वायत्तता के लिए सभी राउटरों में रूट गणना वितरित करती है, जबकि सॉफ्टवेयर-डिफाइंड नेटवर्किंग प्रोग्रामेबिलिटी और वैश्विक अनुकूलन के लिए कंट्रोल को केंद्रीकृत करती है; केंद्रीकरण, स्केलेबिलिटी और लचीलेपन के सही संतुलन पर बहस जारी है।

Key figures

• Vinton Cerf
• Robert Kahn
• Jon Postel
• Nick McKeown
• Jennifer Rexford

Seminal works

• kurose2021
• rfc791
• mckeown2008

Frequently asked questions

फॉरवर्डिंग और रूटिंग में क्या अंतर है?

फॉरवर्डिंग एक पैकेट को इनपुट से आउटपुट पोर्ट तक फॉरवर्डिंग टेबल का उपयोग करके ले जाने की स्थानीय, प्रति-पैकेट क्रिया है, और यह डेटा प्लेन में उच्च गति पर होती है। रूटिंग उन फॉरवर्डिंग टेबलों की सामग्री की गणना करने की नेटवर्क-व्यापी प्रक्रिया है, जो कंट्रोल प्लेन में रूटिंग एल्गोरिदम और प्रोटोकॉल द्वारा की जाती है।

IPv6 क्यों पेश किया गया था?

IPv4 का 32-बिट एड्रेस स्पेस, लगभग चार बिलियन एड्रेस, इंटरनेट से जुड़े उपकरणों के प्रसार के साथ अपर्याप्त हो गया। IPv6 एक बहुत बड़ा स्पेस प्रदान करने के लिए 128-बिट एड्रेस का उपयोग करता है, साथ ही हेडर में सरलीकरण और ऑटोकॉन्फ़िगरेशन जैसी सुविधाओं के लिए अंतर्निहित समर्थन भी प्रदान करता है।