Το επίπεδο Δικτύου (Network layer) στο μοντέλο OSI ή το αντίστοιχο Διαδικτύου του TCP/IP παρέχει τη λογική διευθυνσιοδότηση για όλα τα διασυνδεδεμένα μεταξύ τους δίκτυα. Φροντίζει για την εύρεση της κατάλληλης διαδρομής και παράδοση του πακέτου δεδομένων στον τελικό κόμβο, έργο το οποίο χαρακτηρίζεται ως δρομολόγηση (routing). Στην προσπάθεια αυτή το πακέτο μπορεί να χρειαστεί να διασπαστεί σε διάφορα τμήματα τα οποία μπορεί να φτάσουν από άλλες διαδρομές και με διαφορετική σειρά, όμως το επίπεδο δικτύου θα τα επανασυνθέσει και θα αναφέρει οποιαδήποτε προβλήματα παράδοσης προκύψουν. Το επίπεδο Διαδικτύου στο μοντέλο TCP/IP έχει ως βασικό πρωτόκολλο το πρωτόκολλο Διαδικτύου (Internet Protocol - IP) το οποίο παρέχει υπηρεσίες αποκλειστικά χωρίς σύνδεση. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιεί αυτοδύναμα πακέτα IP τα οποία ονομάζονται datagram (= data + telegram).

Στο επίπεδο Διαδικτύου, εκτός από το βασικό πρωτόκολλο Διαδικτύου IP, λειτουργεί το πρωτόκολλο μηνυμάτων ελέγχου Διαδικτύου (Internet Control Message Protocol - ICMP) και το πρωτόκολλο διαχείρισης ομάδων Διαδικτύου (Internet Group Management Protocol - IGMP). Τα πρωτόκολλα ICMP και IGMP συνήθως δε χρησιμοποιούνται από τους χρήστες και τις εφαρμογές τους αλλά από δικτυακές συσκευές και λογισμικό συστημάτων

Το ICMP χρησιμοποιείται κυρίως για την αναφορά σφαλμάτων μετάδοση ερωτημάτων και αναμετάδοση (relaying) διαγνωστικών μηνυμάτων. Εξαίρεση αποτελούν οι εντολές ping και traceroute.
Το IGMP χρησιμοποιείται για την ομαδοποίηση υπολογιστών και αποστολή μηνυμάτων ταυτόχρονα σε όλους τους υπολογιστές της ομάδας (streaming). Σε έναν υπολογιστή με TCP/IP η υλοποίηση και υποστήριξη του ICMP είναι υποχρεωτική ενώ του IGMP προαιρετική.

1. Συμπληρώστε στην πρώτη στήλη τα επίπεδα του μοντέλου TCP/IP με φθίνουσα σειρά (κατώτερο-1ο, ανώτερο-4ο) και στη συνέχεια αντιστοιχίστε τα με τις λειτουργίες που εκτελούν ή τα πρωτόκολλα που χρησιμοποιούν. Σημείωση: Σε ένα επίπεδο μπορεί να αντιστοιχούν περισσότερες επιλογές της 2ης στήλης.

2. Ποιο επίπεδο του μοντέλου TCP/IP μπορεί να εξασφαλίσει αξιοπιστία στην επικοινωνία και με ποιες λειτουργίες; Πώς χαρακτηρίζονται (ονομάζονται) οι συγκεκριμένες υπηρεσίες που παρέχουν αξιοπιστία;

Το δίκτυο ARPANET ήταν ένα δίκτυο μεταγωγής πακέτων που χρηματοδοτήθηκε από το υπουργείο άμυνας των Η.Π.Α. στα τέλη της δεκαετίας του '60. Από την αρχή κύριος στόχος του ήταν η δυνατότητα να συνδέονται μαζί πολλαπλά διαφορετικά συστήματα και δίκτυα με διαφανή τρόπο. Έμφαση επίσης δόθηκε στη δυνατότητα του δικτύου να παραμένει λειτουργικό ακόμη κι αν μεγάλα τμήματά του έβγαιναν εκτός λειτουργίας. Το 1983 χρησιμοποίησε τα πρωτόκολλα TCP/IP ως βασικά και σταδιακά εξελίχθηκε στο γνωστό μας Internet.

Χρησιμοποίησε διαστρωματωμένη αρχιτεκτονική καθορίζοντας μόνο τέσσερα (4) επίπεδα-στρώματα περιγράφοντας με λεπτομέρεια και αναπτύσσοντας πρωτόκολλα για τα τρία ανώτερα, τα οποία ονομάζει

● Εφαρμογής (αντιστοιχεί στα Εφαρμογής, Παρουσίασης και Συνόδου του OSI),
● Μεταφοράς (αντιστοιχεί στο Μεταφοράς του OSI),
● Διαδικτύου (αντιστοιχεί στο Δικτύου του OSI) και
● Ζεύξης ή πρόσβασης δικτύου ή διεπαφή δικτύου.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η προαναφερθείσα αντιστοίχιση των επίπεδων του TCP/IP με αυτά του μοντέλου OSI ισχύει σε γενικές γραμμές και όχι απολύτως.

1. Επίπεδο Πρόσβασης (Διεπαφής) Δικτύου (Network Access ή link layer). Το μοντέλο TCP/ IP δεν αναφέρει πολλά για το τι συμβαίνει εδώ, εκτός από το ότι ο υπολογιστής (host) πρέπει να συνδεθεί με το δίκτυο χρησιμοποιώντας κάποιο πρωτόκολλο ώστε να μπορεί να στέλνει πακέτα IP σε αυτό. Έτσι συνηθίζεται στη θέση του να χρησιμοποιούνται τα δυο κατώτερα επίπεδα του μοντέλου OSI, το
a) Φυσικό και το
b) Ζεύξης Δεδομένων.

2. Επίπεδο Διαδικτύου. Ισχύει ό,τι και στο 3ο επίπεδο του OSI (Δικτύου) με τη διαφορά ότι το επίπεδο Διαδικτύου του TCP/IP παρέχει μόνο υπηρεσία χωρίς σύνδεση. Έτσι δρομολογεί ανεξάρτητα πακέτα στον προορισμό τους και η παράδοση των πακέτων στο επίπεδο Διαδικτύου δεν είναι εγγυημένα αξιόπιστη. Μπορεί να φτάσουν στον προορισμό με διαφορετική σειρά, με λάθη, ή το ίδιο πακέτο περισσότερες φορές. Είναι δουλειά των ανώτερων επιπέδων να μεριμνήσουν για αυτά τα ζητήματα. Το βασικό πρωτόκολλο αυτού του επιπέδου είναι το πρωτόκολλο Διαδικτύου (Internet Protocol) IP.

3. Επίπεδο Μεταφοράς (Transport layer). Ισχύει γενικά ό,τι και στο 4ο επίπεδο του OSI (Μεταφοράς). Tο επίπεδο μεταφοράς του TCP/IP μπορεί να παρέχει, μέσω διαφορετικών πρωτοκόλλων, υπηρεσίες προσανατολισμένες σε σύνδεση (connection oriented) ή χωρίς σύνδεση (connectionless). Οι υπηρεσίες με σύνδεση βασίζονται σε λογικές συνδέσεις οι οποίες αποκαθίστανται, διατηρούνται μεταφέροντας δεδομένα και τερματίζονται. Σε αυτές τις συνδέσεις παρέχεται αξιοπιστία στην επικοινωνία με τον έλεγχο ροής, τον τεμαχισμό, αρίθμηση και την επανασύνθεση των μηνυμάτων με τη σωστή σειρά και τον έλεγχο/διόρθωση των σφαλμάτων. Υπηρεσίες με σύνδεση παρέχει το πρωτόκολλο ελέγχου μετάδοσης (Transmission Control Protocol) TCP. Στις υπηρεσίες χωρίς σύνδεση ή ασυνδεσμικές, δεν υπάρχει η έννοια της λογικής σύνδεσης ούτε παρέχεται αξιοπιστία. Είναι όμως απλούστερες και χωρίς πολλές καθυστερήσεις. Τέτοιες υπηρεσίες παρέχει το πρωτόκολλο αυτοδύναμων πακέτων χρήστη (User Datagram Protocol) UDP.

4. Επίπεδο Εφαρμογής (Application layer). Περιλαμβάνει όλα τα πρωτόκολλα των γνωστών
υπηρεσιών του Διαδικτύου όπως απομακρυσμένη σύνδεση τερματικού (TELNET), μεταφορά αρχείων (FTP), ηλεκτρονικό ταχυδρομείο (SMTP/ POP3/ IMAP), τα νεώτερα DNS για
την αντιστοίχηση ονομάτων υπολογιστών με τις διευθύνσεις τους στο δίκτυο, HTTP, το
πρωτόκολλο μεταφοράς ιστοσελίδων του World Wide Web και πολλά άλλα.

Το μοντέλο αναφοράς για τη Διασύνδεση Ανοικτών Συστημάτων (OSI)

Τα επτά (7) επίπεδα του μοντέλου αναφοράς για τη Διασύνδεση Ανοικτών Συστημάτων, ξεκινώντας από το χαμηλότερο 1ο το οποίο είναι το φυσικό και προς το ανώτερο, έχουν ως εξής:

1. Το Φυσικό Επίπεδο ή στρώμα (Physical layer) ασχολείται με τη μετάδοση των bit (1|0) που απαρτίζουν την ομαδοποιημένη πληροφορία (πλαίσιο δεδομένων), μέσω του φυσικού μέσου το οποίο μπορεί να είναι καλώδιο, οπτική ίνα ή ασύρματη ζεύξη. Τα bit κωδικοποιούνται ως ηλεκτρικά, οπτικά ή ηλεκτρομαγνητικά σήματα. Ασχολείται επίσης με τα ηλεκτρικά, μηχανικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά των διεπαφών (interfaces), το είδος και τα χαρακτηριστικά του φυσικού μέσου, τον τύπο του συνδετήρα (connector), ποιο σήμα αναπαριστά το 1 και ποιο το 0 καθώς και με το συγχρονισμό των συσκευών. Γενικά μιλώντας, αναφέρεται σε χειροπιαστά-φυσικά πράγματα.

2. Το Επίπεδο Ζεύξης ή Σύνδεσης Δεδομένων (Data Link layer) παρέχει τη φυσική διευθυνσιοδότηση (MAC Addresses) και είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο του μέσου μετάδοσης και του πότε μπορούν να εκπεμφθούν δεδομένα σε αυτό. Η λειτουργία αυτή παρέχεται από το υποεπίπεδο Ελέγxου Πρόσβασης στο Μέσο (Media Access Control).Το υποεπίπεδο Λογικού Ελέγχου της Ζεύξης (Logical Link Control) εξασφαλίζει την αξιόπιστη επικοινωνία μεταξύ δυο άμεσα συνδεδεμένων γειτονικών κόμβων (βρίσκονται στο ίδιο φυσικό/τοπικό δίκτυο). Εκτελεί βασικές λειτουργίες ανίχνευσης/διόρθωσης σφαλμάτων, ελέγχου ροής των πληροφοριών και συγχρονισμού πλαισίων. Η ομάδα των bit που συνθέτουν την μονάδα πληροφορίας αυτού του επιπέδου ονομάζεται πλαίσιο (frame). Η αρχή και το τέλος του πλαισίου σηματοδοτούνται κατάλληλα ώστε να μπορεί να συγχρονιστεί ο άλλος κόμβος.

3. Το επίπεδο Δικτύου (Network layer) παρέχει τη λογική διευθυνσιοδότηση με ενιαίο και μοναδικό τρόπο για όλη την έκταση των διασυνδεμένων μεταξύ τους δικτύων. Φροντίζει ώστε πακέτα διαφόρων μεγεθών να μπορούν να παραδοθούν από τον αποστολέα στον τελικό κόμβο του παραλήπτη διασχίζοντας όλους τους ενδιάμεσους κόμβους και δίκτυα, που ενδεχομένως μεσολαβούν μέχρι τον τελικό προορισμό. Έργο του είναι η εύρεση της κατάλληλης διαδρομής και παράδοση του πακέτου δεδομένων στον τελικό κόμβο η οποία χαρακτηρίζεται ως δρομολόγηση (routing). Στην προσπάθεια αυτή το πακέτο μπορεί να χρειαστεί να διασπαστεί σε διάφορα τμήματα τα οποία μπορεί να φτάσουν από άλλες διαδρομές και με διαφορετική σειρά, όμως το επίπεδο δικτύου θα τα επανασυνθέσει και θα αναφέρει οποιαδήποτε προβλήματα παράδοσης προκύψουν. Το επίπεδο δικτύου στο μοντέλο OSI παρέχει υπηρεσίες με σύνδεση και χωρίς σύνδεση.

4. Το επίπεδο Μεταφοράς (Transport layer) παρέχει όλες τις λειτουργίες και τα μέσα που απαιτούνται ώστε να επιτευχθεί μια από άκρο σε άκρο επικοινωνία μεταξύ προγραμμάτων ή διεργασιών, εξασφαλίζοντας το επιθυμητό επίπεδο ποιότητας υπηρεσίας (quality of service, QoS). Η ποιότητα της υπηρεσίας περιλαμβάνει τις απαιτήσεις για την καθυστέρηση αποκατάστασης επικοινωνίας, την πιθανότητα απώλειας της σύνδεσης, τον επιτυγχανόμενο ρυθμό διακίνηση (throughput), το βαθμό προτεραιότητας και την ασφάλεια. Το επίπεδο μεταφοράς, στο OSI παρέχει υπηρεσίες προσανατολισμένες σε σύνδεση (connection oriented) και υπηρεσίες χωρίς σύνδεση (connectionless). Οι υπηρεσίες με σύνδεση βασίζονται σε λογικές συνδέσεις οι οποίες αποκαθίστανται, διατηρούνται μεταφέροντας δεδομένα και τερματίζονται. Σε αυτές τις συνδέσεις παρέχεται αξιοπιστία στην επικοινωνία με τον έλεγχο ροής, τον τεμαχισμό, την αρίθμηση και την επανασύνθεση των μηνυμάτων με τη σωστή σειρά και τον έλεγχο/διόρθωση των σφαλμάτων. Το επίπεδο αυτό έχει να διαχειριστεί τις επιβεβαιώσεις λήψης των πακέτων, τις επανεκπομπές, τους χρονιστές αναμονής και μετρητές προσπαθειών και το σημαντικότερο να τα κρύψει όλα αυτά από τα ανώτερα στρώματα. Είναι το χαμηλότερο επίπεδο που παρέχει από άκρο σε άκρο επικοινωνία και είναι υπό τον έλεγχο του χρήστη.

5. Το επίπεδο Συνόδου (Session layer) παρέχει τα αναγκαία μέσα για την οργάνωση και το συγχρονισμό των διαλόγων μεταξύ των ανωτέρων επιπέδων. Επιτρέπει ή απαγορεύει την παροχή συγκεκριμένης υπηρεσίας, αποκαθιστά τη σύνδεση εάν για κάποιο λόγο διακοπεί και περιλαμβάνει λειτουργίες όπως η εξακρίβωση του χρήστη, η χρέωση κ.λπ. Η διαδικασία απομακρυσμένης εισόδου (log-in) σε έναν υπολογιστή και ο έλεγχος του συνθηματικού (password) αφορούν το επίπεδο συνόδου. Το επίπεδο αυτό είναι υπεύθυνο για τον ομαλό τερματισμό της αντίστοιχης σύνδεσης του 4ου επιπέδου.

6. Το επίπεδο Παρουσίασης (Presentation layer) ασχολείται με την αναπαράσταση της πληροφορίας που μεταφέρεται από εφαρμογή σε εφαρμογή καθώς επίσης και με τη δομή των δεδομένων. Τροποποιεί κατάλληλα τα δεδομένα ώστε να είναι κατανοητά από την εφαρμογή όποτε χρησιμοποιείται διαφορετικός κώδικας από την άλλη μεριά. Είναι δηλαδή ο μεταφραστής του δικτύου όταν αυτό απαιτείται. Στο επίπεδο αυτό γίνεται η συμπίεση των δεδομένων για καλύτερη εκμετάλλευση της χωρητικότητας του καναλιού επικοινωνίας και η κρυπτογράφηση.

7. Το επίπεδο Εφαρμογής (Application layer) είναι το ανώτερο και τελευταίο επίπεδο προς τον χρήστη και παρέχει τον τρόπο για να μπορεί μια εφαρμογή να “συνομιλεί” με μια άλλη. Ειδικότερα επιτρέπει την εξακρίβωση της ταυτότητας των εφαρμογών που θέλουν να επικοινωνήσουν, επιβεβαιώνει την διαθεσιμότητα των εφαρμογών και του δικαιώματος για “συνομιλία”. Επίσης προσδιορίζει το πρωτόκολλο στο οποίο αναφέρονται οι εφαρμογές και με βάση το οποίο διεξάγεται η “συνομιλία”. Για παράδειγμα στην υπηρεσία του παγκόσμιου ιστού (WEB), ο φυλλομετρητής (web browser) και ο αντίστοιχος διακομιστής (web server) είναι εφαρμογές του επιπέδου εφαρμογής και το αντίστοιχο πρωτόκολλο εφαρμογής είναι το HTTP.

Η δικτύωση, από το μέσο μετάδοσης (καλώδιο) και την δικτυακή διασύνδεση μέχρι το πρόγραμμα-εφαρμογή, είναι μια αρκετά πολύπλοκη διαδικασία. Για την υλοποίηση μιας δικτυακής εφαρμογής η οποία παρέχεται από έναν υπολογιστή σε έναν άλλον, ξεκινώντας από το μηδέν, πρέπει

● να επινοηθεί ένας τρόπος αναπαράστασης των δεδομένων/πληροφοριών με τη μορφή, συνήθως, ηλεκτρικών ή οπτικών σημάτων,
● να κατασκευαστούν ιδιαίτερες δικτυακές διασυνδέσεις και καλώδια, τα οποία θα συνδέσουν τους υπολογιστές μεταξύ τους

● να επινοηθεί και να υλοποιηθεί ο τρόπος εύρεσης μιας διαδρομής μέσω της οποίας θα
ταξιδέψουν οι πληροφορίες μέχρι τον τελικό προορισμό και να αποκατασταθεί η επικοινωνία από άκρο σε άκρο.

Έτσι, το έργο της δικτύωσης διασπάστηκε σε επιμέρους λειτουργίες οι οποίες μπορούν να υλοποιηθούν ανεξάρτητα, παρέχοντας και εναλλακτικές επιλογές ανάλογα με τις ανάγκες. Με τη στρωματοποιημένη αρχιτεκτονική πετυχαίνουμε

● Διαχωρισμό του προβλήματος της επικοινωνίας σε μικρότερα και πιο εύκολα διαχειρίσιμα προβλήματα
● Εύκολη προσθήκη, αλλαγή ή βελτίωση υπηρεσιών, αφού οι απαιτούμενες αλλαγές περιορίζονται σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο.

Ο στόχος είναι η απόκρυψη των λεπτομερειών του υλικού του δικτύου δίνοντας τη δυνατότητα στους υπολογιστές και στις εφαρμογές τους να επικοινωνούν μεταξύ τους ανεξάρτητα από τις φυσικές δικτυακές τους συνδέσεις.

Έτσι διαμορφώθηκε το μοντέλο αναφοράς (Reference Model) για τη Διασύνδεση Ανοικτών Συστημάτων (Open Systems Interconnection - OSI) από τον Διεθνή Οργανισμό Τυποποίησης (International Organization for Standardization - ISO) που προδιαγράφει επτά (7) στρώματα-επίπεδα (seven layers) τα οποία υλοποιούν συγκεκριμένες λειτουργίες ώστε να είναι εφικτή η διασύνδεση διαφορετικών υπολογιστικών συστημάτων εφόσον στα αντίστοιχα επίπεδα χρησιμοποιούν συμβατές ή ίδιες τεχνικές και κανόνες (πρωτόκολλα).

Ένα υπολογιστικό σύστημα είναι ένας υπολογιστής (πολλές φορές και ομάδα υπολογιστών) με το συνοδευτικό λογισμικό, τις περιφερειακές συσκευές και τα μέσα επικοινωνίας ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί αυτόνομα για την επεξεργασία και διακίνηση πληροφοριών.

Όταν το σύστημα αυτό, για την επικοινωνία του με άλλα συστήματα, χρησιμοποιεί πρότυπα και πρωτόκολλα διεθνών οργανισμών όπως ISO/IEC, IEEE, ITU(πρώην CCITT) κ.λπ. και όχι ιδιόκτητα πρότυπα εταιρειών, τότε χαρακτηρίζεται ανοιχτό σύστημα

Αρχιτεκτονική δικτύου είναι τα διάφορα τμήματα υλικού και λογισμικού από τα οποία είναι κατασκευασμένο, ο ρόλος που παίζουν στην επικοινωνία, η μεταξύ τους σχέση - οι διεπαφές και τα πρωτόκολλα που ακολουθούνται.

Το μοντέλο αναφοράς για τη Διασύνδεση Ανοικτών Συστημάτων (OSI)

Ορισμός δικτύου

δίκτυο το [δíktio] Ο40 : 1. πολύπλοκο συνήθ. σύμπλεγμα από γραμμές ή αγωγούς που διασταυρώνονται με τρόπο που μοιάζει με δίχτυ: Συγκοινωνιακό ~ / οδικό, σιδηροδρομικό,
ακτοπλοϊκό, αεροπορικό ~, το σύνολο των δρόμων, των σιδηροδρομικών γραμμών και των θαλάσσιων και εναέριων οδών που συνδέουν τους διάφορους
τόπους μεταξύ τους. ~ ύδρευσης / αρδευτικό / αποχετευτικό
/ ηλεκτρικό / τηλεφωνικό ~, το σύνολο των σωληνώσεων και
των αγωγών που ξεκινούν από μια κεντρική μονάδα και με
διακλαδώσεις φτάνουν στους καταναλωτές. Ραδιοφωνικό /
τηλεοπτικό ~, σύστημα από ραδιοφωνικούς ή τηλεοπτικούς
σταθμούς που συνδέονται μεταξύ τους, ώστε να εκπέμπουν
ταυτόχρονα το ίδιο πρόγραμμα. || (πληροφ.) ~ (ηλεκτρονικών υπολογιστών), τρόπος σύνδεσης υπολογιστών, ώστε να επικοινωνούν μεταξύ τους. || (πληροφ.) το ίντερνετ. 2.
σύνολο από πρόσωπα ή από επιχειρήσεις που συνεργάζονται με μια σχέση αλληλεξάρτησης: H επιχείρησή μας έχει εμπορικών αντιπροσώπων.

Συνεπώς, ένα δίκτυο οποιουδήποτε τύπου απαρτίζεται από δυο βασικά δομικά στοιχεία, τους κόμβους και τις γραμμές που ενώνουν τους κόμβους και προσδιορίζεται από το είδος τους. Έτσι όταν οι κόμβοι είναι υπολογιστές και οι
γραμμές είναι φυσικά μέσα μετάδοσης όπως καλώδια, χαρακτηρίζεται ως δίκτυο υπολογιστών. Με τον όρο “υπολογιστής” εννοείται κάθε ψηφιακός ηλεκτρονικός υπολογιστής γενικής χρήσης περιφερειακή συσκευή υπολογιστή ή συσκευή διακίνησης δεδομένων / πληροφοριών η οποία έχει τη δυνατότητα διασύνδεσης σε δίκτυο.

Γενικά ένα δίκτυο υπολογιστών ή τηλεπληροφορικής είναι ένα σύστημα επικοινωνιών το
οποίο διαθέτει συσκευές τηλεπικοινωνιών, τηλεπικοινωνιακούς κόμβους καθώς και φυσικά
μέσα διέλευσης της πληροφορίας.

Η μορφή σύνδεσης μεταξύ των κόμβων ενός δικτύου ονομάζεται τοπολογία δικτύου.
Σε ένα δίκτυο τηλεπληροφορικής συναντάμε αυστηρούς κανόνες και πρότυπα που διέπουν
το τηλεπικοινωνιακό τμήμα και την υλοποίηση του υλικού μέρους καθώς επίσης και κανόνες συνομιλίας μεταξύ των υπολογιστών οι οποίοι ονομάζονται πρωτόκολλα επικοινωνίας.

Πρωτόκολλο επικοινωνίας είναι ένα σύνολο κανόνων, που έχουν συμφωνηθεί από τα δυο επικοινωνούντα μέρη και εξυπηρετούν τη μεταξύ τους ανταλλαγή πληροφοριών..