UNIT 3: नेटवर्क लेयर

नेटवर्क लेयर OSI मॉडल की तीसरी परत है (डेटा लिंक लेयर के बाद और ट्रांसपोर्ट लेयर के पहले)। यह डेटा पैकेट्स को नेटवर्कों के बीच रूटिंग और फॉरवर्डिंग के लिए जिम्मेदार होती है। नेटवर्क लेयर यह सुनिश्चित करती है कि डेटा स्रोत से गंतव्य तक यात्रा कर सके।

अब हम प्रत्येक टॉपिक और सब-टॉपिक को विस्तार से समझेंगे:

3.1. नेटवर्क लेयर

नेटवर्क लेयर डेटा पैकेट्स को स्रोत से गंतव्य तक भेजने के लिए सबसे अच्छे रास्ते का निर्धारण करती है। यह तार्किक पता लगाने, रूटिंग, और फॉरवर्डिंग के लिए जिम्मेदार होती है।

3.1.1. नेटवर्क लेयर के डिज़ाइन मुद्दे

नेटवर्क लेयर कुछ महत्वपूर्ण डिज़ाइन मुद्दों से संबंधित है, जो यह निर्धारित करती है कि डेटा कितनी कुशलता से नेटवर्कों के बीच ट्रांसमिट किया जाता है:

रूटिंग: यह सबसे महत्वपूर्ण डिज़ाइन मुद्दों में से एक है। नेटवर्क लेयर यह निर्धारित करती है कि डेटा पैकेट्स नेटवर्क में सबसे कुशल रास्ते से यात्रा करें।
- स्थैतिक रूटिंग: इसमें रूटिंग टेबल को मैन्युअली कॉन्फ़िगर किया जाता है, यह लचीला नहीं होता लेकिन सरल होता है।
- डायनेमिक रूटिंग: इसमें रूटिंग एल्गोरिदम और प्रोटोकॉल का उपयोग करके नेटवर्क परिवर्तनों के अनुसार रूटिंग स्वचालित रूप से समायोजित होती है।
पता लगाने: नेटवर्क लेयर तार्किक पते (IPv4 या IPv6 पते) का उपयोग करके नेटवर्क पर प्रत्येक डिवाइस को विशिष्ट रूप से पहचानती है। इसका मुख्य मुद्दा यह सुनिश्चित करना है कि नेटवर्क में हर डिवाइस का एक अद्वितीय पता हो।
पैकेट फॉरवर्डिंग: नेटवर्क लेयर को यह तय करना होता है कि डेटा पैकेट्स को एक डिवाइस से दूसरे डिवाइस में कैसे भेजा जाए। इसके लिए फॉरवर्डिंग टेबल्स का उपयोग किया जाता है, जो गंतव्य पते के आधार पर अगले कनेक्शन को निर्धारित करती है।
जैमिंग नियंत्रण: नेटवर्क लेयर को नेटवर्क में जैमिंग (अत्यधिक लोड) से बचने के लिए ट्रैफिक को नियंत्रित करना होता है, जिससे नेटवर्क पर अत्यधिक दबाव न पड़े।
खंडन और पुनःसंयोजन: बड़े पैकेट्स को नेटवर्क की सीमा के अनुसार छोटे हिस्सों में विभाजित करना पड़ता है। जब ये पैकेट्स गंतव्य पर पहुंचते हैं, तो उन्हें फिर से एकत्रित किया जाता है।

नेटवर्क लेयर डिज़ाइन मुद्दों का आरेख:

+-----------------+
|  रूटिंग        |
|  पता लगाने     |
|  पैकेट         |
|  फॉरवर्डिंग     |
|  जैमिंग        |
|  नियंत्रण      |
|  खंडन          |
+-----------------+

3.1.2. उदाहरण प्रोटोकॉल (IPv4)

नेटवर्क लेयर में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला प्रोटोकॉल IPv4 (Internet Protocol version 4) है। इसे हम विस्तार से समझते हैं।

IPv4 (Internet Protocol version 4):
- IPv4 का उपयोग नेटवर्कों के बीच पैकेट्स की रूटिंग और पता लगाने के लिए किया जाता है।
- IPv4 पते 32-बिट के होते हैं, जो लगभग 4.3 अरब अद्वितीय पते प्रदान करते हैं (जैसे: 192.168.0.1).
IPv4 पते की संरचना:
- IPv4 पते चार ऑक्टेट्स (8 बिट्स प्रत्येक) में बांटे जाते हैं, जिन्हें दशमलव संख्याओं के रूप में लिखा जाता है, और प्रत्येक को बिंदु द्वारा विभाजित किया जाता है।
- उदाहरण: 192.168.1.1 – यहाँ, 192, 168, 1, और 1 प्रत्येक एक ऑक्टेट है।
IPv4 पैकेट संरचना:
- IPv4 पैकेट में एक हेडर और डेटा खंड होता है।
IPv4 हेडर में:
- संस्करण: 4 बिट्स, जो प्रोटोकॉल संस्करण (IPv4) को इंगीत करते हैं।
- IHL (Internet Header Length): 4 बिट्स, जो हेडर की लंबाई को दर्शाते हैं।
- सेवा प्रकार (ToS): 8 बिट्स, जो सेवा की गुणवत्ता को दर्शाते हैं।
- कुल लंबाई: 16 बिट्स, पैकेट की कुल लंबाई (हेडर + डेटा) को दर्शाते हैं।
- पहचान, ध्वज, खंडन ऑफ़सेट: ये डेटा को खंडित और पुनःसंयोजित करने में मदद करते हैं।
- TTL (Time to Live): 8 बिट्स, जो पैकेट को कितने हॉप्स तक यात्रा करने की अनुमति देता है, यह बताता है।
- प्रोटोकॉल: 8 बिट्स, जो यह बताते हैं कि डेटा खंड में कौन सा प्रोटोकॉल है (TCP, UDP, आदि)।
- हेडर चेकसम: 16 बिट्स, जो हेडर की त्रुटियों की जांच करते हैं।
- स्रोत और गंतव्य IP पते: 32 बिट्स, जो पैकेट के स्रोत और गंतव्य को दर्शाते हैं।

IPv4 पैकेट उदाहरण:

+--------------------+-------------------------+--------------------+
| संस्करण | IHL | ToS | कुल लंबाई | पहचान | ध्वज |
+---------------------------------------------------------------+
| खंडन ऑफ़सेट | TTL | प्रोटोकॉल | हेडर चेकसम |
+---------------------------------------------------------------+
| स्रोत IP पता (32 बिट्स) | गंतव्य IP पता (32 बिट्स) |
+---------------------------------------------------------------+

3.2. रूटिंग

रूटिंग वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा नेटवर्क पैकेट्स को विभिन्न नेटवर्कों के बीच मार्गनिर्देशन किया जाता है। नेटवर्क लेयर विभिन्न रूटिंग एल्गोरिदम और प्रोटोकॉल का उपयोग करती है ताकि डेटा पैकेट्स को सबसे कुशल मार्ग से भेजा जा सके।

3.2.1. रूटिंग सिद्धांत और मुद्दे

रूटिंग सिद्धांत: रूटिंग का मुख्य उद्देश्य यह है कि डेटा पैकेट्स के लिए सबसे अच्छा रास्ता चुना जाए। कुशल रूटिंग यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है कि न्यूनतम देरी, उच्च बैंडविड्थ, और कम लागत हो।

रूटिंग में दो मुख्य अवधारणाएँ:
1. रूटिंग एल्गोरिदम: ये एल्गोरिदम सबसे अच्छे मार्ग का निर्धारण करते हैं, जो विभिन्न मानकों (जैसे दूरी, लागत, लोड) पर आधारित होते हैं।
2. रूटिंग प्रोटोकॉल: ये प्रोटोकॉल राउटर के बीच रूटिंग जानकारी को आदान-प्रदान करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।
रूटिंग मुद्दे:
- डायनेमिक रूटिंग: डायनेमिक रूटिंग रूटिंग प्रोटोकॉल का उपयोग करती है, जो नेटवर्क परिवर्तनों के अनुसार स्वचालित रूप से समायोजित होती है।
- स्थैतिक रूटिंग: स्थैतिक रूटिंग में रूटिंग टेबल को मैन्युअली कॉन्फ़िगर किया जाता है, और यह नेटवर्क परिवर्तनों के अनुसार समायोजित नहीं होती।
- स्केलेबिलिटी: जैसे-जैसे नेटवर्क बढ़ता है, रूटिंग को भी बढ़ने की आवश्यकता होती है।
- कंवर्जेंस समय: यह वह समय है, जब राउटर नेटवर्क परिवर्तन के बाद सबसे अच्छे मार्ग पर सहमति बनाते हैं।

रूटिंग प्रक्रिया का आरेख:

+---------------------+
| स्रोत डिवाइस        |
+---------------------+
        |
        v
+---------------------+
| रूटिंग एल्गोरिदम   |
| (RIP या OSPF)       |
+---------------------+
        |
        v
+---------------------+
| रूटिंग टेबल अपडेट  |
+---------------------+
        |
        v
+---------------------+
| डेटा पैकेट फॉरवर्ड |
+---------------------+
        |
        v
+---------------------+
| गंतव्य डिवाइस      |
+---------------------+

3.2.2. रूटिंग एल्गोरिदम और प्रोटोकॉल

रूटिंग एल्गोरिदम वह एल्गोरिदम हैं, जो सबसे अच्छे मार्ग का निर्धारण करते हैं। रूटिंग एल्गोरिदम के दो मुख्य प्रकार होते हैं:

डिस्टेंस-वेكتور रूटिंग एल्गोरिदम:
- प्रत्येक राउटर अपने रूटिंग टेबल की जानकारी अपने पड़ोसियों के साथ साझा करता है।
- राउटर इस जानकारी का उपयोग करके हर गंतव्य के लिए सबसे अच्छा मार्ग निकालते हैं।
- उदाहरण प्रोटोकॉल: RIP (Routing Information Protocol)।
डिस्टेंस-वेكتور एल्गोरिदम का कार्य:
- प्रत्येक राउटर एक टेबल बनाए रखता है, जिसमें विभिन्न गंतव्यों तक पहुंचने की लागत होती है।
- राउटर अपने पड़ोसियों को अपनी टेबल भेजता है, और प्राप्त जानकारी के आधार पर अपनी टेबल अपडेट करता है।
- उदाहरण:
```
राउटर A -----> राउटर B -----> राउटर C
(विभिन्न गंतव्यों तक दूरी की गणना)
```
RIP प्रोटोकॉल का उदाहरण:
- RIP एक साधारण रूटिंग प्रोटोकॉल है, जो डिस्टेंस-वेक्त

र एल्गोरिदम पर आधारित है।

RIP हॉप काउंट को मीट्रिक के रूप में उपयोग करता है, जहाँ अधिकतम हॉप्स की संख्या 15 होती है।
RIP राउटर अपने पूरे रूटिंग टेबल को अपने पड़ोसियों को नियमित रूप से भेजता है।

लिंक-स्टेट रूटिंग एल्गोरिदम:
- इस एल्गोरिदम में प्रत्येक राउटर अपने लिंक की स्थिति (सीधे जुड़े पड़ोसियों) की जानकारी सभी अन्य राउटरों के साथ साझा करता है।
- राउटर इस जानकारी का उपयोग करके सबसे अच्छा मार्ग खोजने के लिए डायक्स्ट्रा एल्गोरिदम का उपयोग करते हैं।
- उदाहरण प्रोटोकॉल: OSPF (Open Shortest Path First)।
लिंक-स्टेट एल्गोरिदम का कार्य:
- प्रत्येक राउटर लिंक-स्टेट विज्ञापन (LSA) भेजता है, जो नेटवर्क में सभी अन्य राउटरों को भेजा जाता है।
- राउटर इन LSAs का उपयोग करके डायक्स्ट्रा एल्गोरिदम द्वारा सबसे अच्छा मार्ग निर्धारित करते हैं।
OSPF का उदाहरण:
- OSPF एक लिंक-स्टेट रूटिंग प्रोटोकॉल है।
- OSPF एक ऑटोनॉमस सिस्टम (AS) के भीतर काम करता है और यह सुनिश्चित करता है कि सभी राउटरों के पास समान रूटिंग जानकारी हो।
- OSPF नेटवर्क को क्षेत्रों में विभाजित करता है, जिससे यह और अधिक स्केलेबल बनता है।

RIP और OSPF की तुलना:

RIP: डिस्टेंस-वेक्तोर, हॉप काउंट का उपयोग करता है, सरल लेकिन धीमी कंवर्जेंस।
OSPF: लिंक-स्टेट, बैंडविड्थ पर आधारित लागत का उपयोग करता है, तेज़ कंवर्जेंस, अधिक जटिल।

सारांश

नेटवर्क लेयर रूटिंग, तार्किक पता लगाने, और डेटा पैकेट्स की फॉरवर्डिंग के लिए जिम्मेदार है।
डिज़ाइन मुद्दे में रूटिंग, पता लगाने, पैकेट फॉरवर्डिंग, जैमिंग नियंत्रण, और खंडन शामिल हैं।
IPv4 एक सामान्य प्रोटोकॉल है जो नेटवर्क लेयर में उपयोग किया जाता है और इसकी संरचना में तार्किक पता और पैकेट फॉरवर्डिंग शामिल है।
रूटिंग वह प्रक्रिया है, जिसके द्वारा डेटा पैकेट्स को विभिन्न नेटवर्कों के बीच मार्गनिर्देशन किया जाता है, और RIP (डिस्टेंस-वेक्तोर) और OSPF (लिंक-स्टेट) जैसे रूटिंग प्रोटोकॉल का उपयोग किया जाता है।

रूटिंग प्रक्रिया का फ्लोचार्ट:

+---------------------+
| स्रोत डिवाइस        |
+---------------------+
        |
        v
+---------------------+
| रूटिंग एल्गोरिदम   |
| (RIP या OSPF)       |
+---------------------+
        |
        v
+---------------------+
| रूटिंग टेबल अपडेट  |
+---------------------+
        |
        v
+---------------------+
| डेटा पैकेट फॉरवर्ड |
+---------------------+
        |
        v
+---------------------+
| गंतव्य डिवाइस      |
+---------------------+

यह नेटवर्क लेयर, रूटिंग सिद्धांत, एल्गोरिदम, और प्रोटोकॉल्स से संबंधित प्रमुख अवधारणाओं की व्याख्या करता है।

UNIT 3: नेटवर्क लेयर