Лекции. 1. информационные сети. Основные понятия становление информационных сетей
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
5.2. Системная сетевая архитектура IBM 48 Системная сетевая архитектура (SNA – Systems Network Ar- chitecture) разработана фирмой IBM. Архитектура SNA состоит из пяти уровней (рис.5.2). Рис.5.2. Функциональные уровни архитектуры SNA и их соответствие модели OSI Два верхних уровня – управления службами данными и управ- ления потоком данных и передачей, – обеспечивают организацию и обслуживание сессий при обмене данными. Три нижних уровня – управления маршрутом; управления звеном данных; физический, – 49 выполняют маршрутизацию и физическую передачу данных. Здесь самым высоким является уровень управления служба- ми данных. Этот уровень включает наряду с функциями предста- вительного уровня OSI и некоторые из функций прикладного уровня. Он обеспечивает оконечному пользователю набор услуг представления – выбор синтаксиса (передачи), и, если требуется, соответствующие преобразования данных, а также некоторые до- полнительные услуги управления сетью. Поскольку здесь не су- ществует прикладных элементов как таковых, предполагается, что их обеспечивают конечные пользовательские приложения. В сети SNA оконечные пользователи (пользовательские приложения) связаны с помощью так называемых логических элементов. В отличие от модели OSI, здесь оконечные пользова- тели не имеют сетевых идентификаторов. Вместо этого сетевыми адресами снабжены логические элементы, поэтому их называют также сетеадресуемыми элементами. Связь между логическими элементами осуществляется посредством обмена специальными сообщениями, называемыми элементами запроса ответа. По мере продвижения элементов запроса ответа вниз по иерархии уровней к ним присоединяются заголовки управляющей инфор- мации протоколов, в которую входит информация управления: передачей (сеансовый и транспортный уровни OSI); маршрутом (сетевой уровень OSI); звеном данных (канальный уровень OSI). В SNA обмен данными не начинается до тех пор, пока меж- ду логическими элементами не будет установлено сеансовое со- единение (сеансовое и транспортное соединения в SNA объеди- нены). Поэтому уровень управления потоком данных и передачей обеспечивает услуги, близкие набору услуг сеансового и частич- но транспортного уровней модели OSI. Сеансовое соединение устанавливается и поддерживается с помощью элемента «сеансо- вое управление» уровня управления потоком данных и переда- чей. Этот уровеньотвечает за последующий обмен данными, включая управление взаимодействием, синхронизацию и опове- щение об особых ситуациях. В отличие от транспортного уровня OSI, уровень управле- 50 ния потоком данных и передачей может передавать сообщения и в ответ на запрос непосредственно от оконечного пользователя. Все сообщения, подлежащие передаче по сети (уровень управления маршрутом), содержат управляющую информацию протокола, выработанную элементом уровня управления потоком данных и передачей, называемым администратором точки соеди- нения. Эта информация затем используется в целях: определения предполагаемого получателя сообщений, на данном или вышележащем уровне; реализации функций управления потоком и других функ- ций управления элементами сообщения, передаваемыми между логическими элементами. Уровни управления маршрутом и управления звеном данных в совокупности обеспечивают службы, близкие службам сетевого и канального уровней модели OSI. Потоком блоков данных по каждому из каналов передачи данных сети SNA управляет прото- кол уровня управления звеном данных, который почти идентичен протоколу канального уровня OSI. С целью повышения надежности обмена два смежных узла сети могут быть соединены не одним, а несколькими каналами передачи данных. При получении блока данных подуровень управления групповой передачей уровня управления маршрутом инициирует его передачу смежному узлу сети по первому же до- ступному физическому каналу, а не по какому-то зафиксирован- ному заранее. Надежность передачи здесь повышается также за счет использования процедур повышения достоверности для каждого из каналов, однако в этом случае порядок поступления блоков может быть нарушен. Чтобы исключить это, протокол управления групповой передачей использует механизм последо- вательной нумерации, благодаря чему смежный узел-получатель может упорядочить принимаемые блоки. Если же доступным оказывается только один канал, то производительность повыша- ется за счет того, что до начала передачи протокол объединяет несколько небольших блоков в один информационный кадр. Та- ким образом, подуровень управления групповой передачей про- сто повышает производительность уровня управления звеном 51 данных, и поэтому в своей совокупности функционально они эк- вивалентны канальному уровню модели OSI. Подуровень явного управления каналом совместно с под- уровнем управления виртуальным каналом обеспечивает предо- ставление услуг, близких по функциональности услугам сетевого уровня модели OSI. Подуровень явного управления маршрутами выполняет только функции маршрутизации. В SNA все маршру- ты между парой абонентских систем определены заранее и всем им присвоены номера. Каждый узел сети имеет таблицу маршрутов, в которой для каждого маршрутного номера специфицировано соответствующее управление групповой передачей, подлежащее использованию. Подуровень управления виртуальным каналом обеспечивает управление передачей данных средствами установления логиче- ского соединения, аналогичного виртуальному (логическому) ка- налу в сетях с коммутацией пакетов. Это соединение может быть использовано для передачи фрагментов сообщений, связанных с различными сеансами. Протокол управления виртуальным кана- лом применяет механизмы управления потоком и к фрагментам сообщений, передаваемым по этому логическому соединению, а также механизмы фрагментации и дефрагментации сообщений. 5.3. Распределенная архитектура фирмы DEC Распределенная сетевая архитектура (Distributed Network Architecture– DNA) разработана фирмой DEC (Digital Equipment Corporation – Digital). Соотношение уровней архитектуры DNA и уровней архитектуры эталонной модели OSI показано на рис.5.3. Нижние три уровня архитектуры DNA в своей совокупности обеспечивают услуги, близкие к услугам сетевого уровня OSI без установления соединения (дейтаграммный режим). Канальный уровень в архитектуре DNA, в рамках которого реализуется про- токол цифровой передачи, отвечает за управление передачей цифровых (дискретных) сообщений по каналу, соединяющему два смежных узла сети. 52 Рис.5.3. Функциональные уровни архитектуры DNA и их соответствие модели OSI В отличие от других протоколов этот протокол является байт-орнентированным, в котором для управления используются управляющие символы кода обмена информацией ASCII, а со- держимое передаваемых блоков (текстовая часть) может кодиро- ваться кодом ASCII или содержать произвольную последователь- ность байт. Каждое передаваемое сообщение (информационный блок) имеет в своём заголовке поле счетчика, указывающего об- щее количество байт в сообщении, и заканчивается контрольной проверочной последовательностью. Этот протокол реализует ме- ханизм непрерывной передачи с дозапросом ошибочных блоков и обеспечивает дуплексную передачу данных. 53 Транспортный уровень эквивалентен сетевому уровню OSI без установления соединения, т.е. обеспечивает основную службу дейтаграмм. Помимо маршрутизации, транспортный протокол DNA выполняет управление потоком и некоторые другие функ- ции управления. Уровень сетевых служб обеспечивает сервис, идентичный сервису, предоставляемому протоколом транспортного уровня OSI 4-го класса с установлением соединения. Управление соеди- нением заключается в установлении (и разрыве) дуплексного ло- гического канала (эквивалентного объединенному транспортно- сеансовому соединению OSI) между двумя соответствующими друг другу уровнями сетевых служб, после чего можно пользо- ваться передачей как сообщений между двумя процессами поль- зователей, так и управляющих сообщений. Для обеспечения этого установленный логический канал состоит из подканала данных для передачи исключительно сообщений (данных) между прило- жениями пользователей и подканала прочих данных, который, как следует из его названия, используется для передачи всех дру- гих сообщений, включая протокольные управляющие сообщения. Протокол этого уровня реализует также функции сегментации и последующей сборки сообщений, управление защитой от ошибок и управление потоком. Подуровень управления сеансом, считающийся частью уров- ня сетевых служб, выполняет две функции. Первая аналогична управлению сеансовым соединением в модели OSI; вторая – отображению (преобразованию) адреса в службах справочника OSI. В DNA, как и в эталонной модели, при инициализации сеан- сового соединения для идентификации приложений пользовате- лей используются символьные имена, поэтому подуровень управления сеансомосуществляет необходимые отображения между именами, применяемыми в приложениях пользователей, и соответствующими физическими (аппаратными) адресами в сети. Таким образом, получив запрос на соединение, подуровень управления сеансом сначала определяет требуемый сетевой ад- рес, а потом передает уровню сетевых служб команду на соеди- нение. Этот уровень формирует управляющее сообщение об ини- 54 циализации соединения и пересылает его соответствующему корреспондирующему уровню сетевых служб, который, получив это сообщение, передает команду на соединение соответствую- щему подуровню управления сеансом. Если требуемое пользова- тельское приложение доступно, он возвращает команду о приня- тии вызова уровню сетевых служб. Если же вызванное приложе- ние в текущий момент не активно, то подуровень управления сеан- сом инициирует соответствующий протокол до возвращения ко- манды о принятии вызова. Затем протокол сетевых служб выраба- тывает и возвращает инициирующему уровню сообщение, под- тверждающее соединение, который сообщает уровню управления сеансом о результатах установления соединения. Если установле- ние соединения было успешным, то по нему можно обмениваться сообщениями без какого-либо вмешательства подуровня управле- ния сеансом. После того как будут пересланы все сообщения, под- уровень управления сеансом вновь используется для разрыва со- единения. Как видно из рис.5.3, приложения пользователя могут ини- циировать и реализовать сетевой диалог, взаимодействуя непо- средственно с сетевыми службами и уровнями управления сеан- сом. Кроме того, уровень сетевых приложений может предло- жить набор услуг, близких услугам различных прикладных про- токолов OSI. Например, протокол доступа к данным предостав- ляет услуги, аналогичные файловой службе, но без виртуальной файловой системы (вместо этого два протокола доступа к данным предварительно обмениваются сообщениями, в результате чего выясняются такие вопросы, как, какие данные предполагается передавать, версия используемой ОС, тип файла, его организа- ция, размер записей и т.д.). Версия набора коммуникационных протоколов – DECnet, которую иногда называют PhaseV, а в литературе компании DEC – DECnet/OSI, представляет собою надлежащим образом расши- ренный набор комплекта протоколов OSI, поддерживающий все протоколы OSI, а также несколько других патентованных и стан- дартных протоколов, которые поддерживались предыдущими версиями DECnet. Что касается ранее внесенных изменений в 55 протокол, DECnet PhaseV совместим с предыдущей версией (PhaseIV). 5.4. Сетевая архитектура фирмы APPLE COMPUTER В начале 80-х годов прошлого века фирма Apple Computer (Apple), готовясь к выпуску персональной ЭВМ Macintosh, пони- мая уже на том этапе актуальность решения задачи организации сетевого взаимодействия вычислительных средств, решила встроить сетевой интерфейс в каждый Macintosh и интегрировать этот интерфейс в окружение новой персональной вычислитель- ной машины. На практике новая сетевая архитектура Apple, по- лучившая название Apple Talk, начала использоваться с 1987г. Apple Talk разработана как система распределенной сети клиент-сервер, пользователи которой имеют возможность сов- местного использования разделяемых сетевых ресурсов – такими, как файлы и принтеры и др. Apple Talk хорошо согласуется с моделью OSI. Основное отличие иерархии уровней Apple Talk от эталонной модели за- ключается в объединении на верхнем уровне Apple Talk функций прикладного и представительного уровней модели OSI. Apple Talk является патентованной сетью, но Apple опубли- ковала характеристики Apple Talk, пытаясь привлечь внимание к разработке сторонних производителей сетевого оборудования и программного обеспечения. Реализация Apple Talk, разработанная для локальных рабо- чих групп, получила название Apple Talk Phase I. Со временем основные протоколы Apple Talk были модернизированы, суще- ственно расширив возможности маршрутизации, что обеспечило их успешное применение в более масштабных сетях. Расширен- ные протоколы стали известны под названием Apple Talk Phase II. 5.5. Сетевая архитектура фирмы CISCO SYSTEMS В конце 2005 года фирмой Cisco Systems анонсирована но- вая стратегия построения центров обработки данных, в основу 56 которой положена фирменная сетевая архитектура SONA (Service Oriented Network Architecture, англ. – сервисно-ориентированная сетевая архитектура) [7]. Типичный центр обработки данных представляет собой сложный массив гетерогенного оборудования, составленный из логически изолированных монолитных образований, где обору- дование находится в жесткой связке с выполняемыми приложе- ниями. При этом расплатой за любую архитектурную непреду- смотрительность становится перегруженность инфраструктуры, а как следствие – неоправданные издержки. В качестве выхода из положения в Cisco предлагают осуще- ствить переход от монолитных вычислительных центров к сер- висно-ориентированным архитектурам. В основе этого подхода лежат проверенные технологии виртуализации и консолидации ресурсов; как и в других применениях, они позволяют перерас- пределять собранные в пул 21 ресурсы между приложениями в ди- намическом режиме. Но, как свидетельствует весь опыт развития информационных сетей, для реструктуризации, прежде всего, должна быть создана многоуровневая модель. В данном случае строится модель интеллектуальной сети, способная предостав- лять доступ к ресурсам посредством сервисов. В этом случае сама сеть обеспечивает пользователю без- опасный доступ к распределяемым ресурсам центров обработки данных, том числе приложениям, серверам, базам данных и т.д. Главное достоинство этого подхода заключается в том, что он от- крывает возможность для разработки сбалансированного сетево- го проекта, оптимизированного по готовности, по производи- тельности приложений, по другим параметрам и в то же время допускающего модернизацию, которая может быть вызвана по- явлением новых технологий, изменением рыночных условий и др. Простейший пример такого подхода: сеть может самостоя- тельно проверять потоки передаваемых по ней данных на нали- чие вирусов, и тогда подключенные к ней пользователи могут быть освобождены от этой задачи. 21 Пул (pool, англ.) – объединение [ресурсов]. 57 В качестве технологического базиса для интеллектуальных сетей в Cisco предлагают архитектуру, получившую наименование SONA. Название SONA перекликается с известной сервисноориен- тированной архитектурой SOA (Service Oriented Architecture). Но в отличие от SOA, где сервисы служат средством обмена между при- ложениями, SONA обеспечивает выполнение сетевых прикладных сервисов. Технологии, лежащие в основе SONA, разделяются на две составляющие. Одна из них вполне традиционна для Cisco – оптимизация передачи данных по сети, то есть ее ускорение, ком- прессия, балансировка нагрузки и все остальное, что требуется предоставить приложениям для более производительной работы. Вторая компонента, получившая название AON (Application Ori- ented Networking), была впервые представлена компанией в июне 2005 года. Технология AON наделяет сеть способностью «читать и интерпретировать» (to read and interpret, англ.) передаваемые со- общения, она может выполнять функции «универсального систем- ного переводчика». Основное достоинство SONA состоит в том, что, опираясь на нее, становится возможным создание таких цен- тров обработки данных, которые не потребуют существенных за- трат на администрирование и управление. Как утверждают в компании, SONA становится одним из важнейших технологических направлений в деятельности Cisco. Специалисты Cisco Systems выделяют в SONA три уровня: Уровень сетевой инфраструктуры (networked infrastruc- ture layer) объединяет все сетевые ресурсы. На этом уровне архи- тектура SONA предоставляет рекомендации, как построить сеть в виде полностью интегрированной системы. Уровень интерактивных сервисов (interactive services layer) обеспечивает эффективное резервирование ресурсов, до- ставляемых средствами сетевой инфраструктуры. Для этого предоставляется полный набор сервисов, придающих сети каче- ство, названное интеллектуальностью, сервисы позволяют сде- лать взаимоотношения бизнеса и приложений более предсказуе- мыми и надежными. Прикладной уровень (applications layer) объединяет взаи- модействующие между собой приложения таким образом, что 58 исключается необходимость в инсталляции приложений и обес- печивается возможность модернизации приложений, не прерывая их работы, сохраняя безопасность. 6. СТЕКИ КОММУНИКАЦИОННЫХ ПРОТОКОЛОВ Важнейшим направлением стандартизации в области вы- числительных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях находят применение не- сколько стеков коммуникационных протоколов. Наиболее попу- лярными из них являются стеки TCP/IP и OSI, поэтому именно они подробно рассматриваются ниже. Помимо этих, наиболее распространенных стеков, можно упомянуть стеки SNA, DECnet и AppleTalk, на которых реализованы соответствующие ведом- ственные сетевые архитектуры. На нижних функциональных уровнях во всех стеках исполь- зуются одни и те же хорошо стандартизованные протоколы, по- ложенные в основу широко распространенных сетевых техноло- гий, таких как Ethernet, Token Ring, FDDI и др. На верхних же уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Реализуемые этими протоколами функции в большинстве случа- ев не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. Это связано с тем, что OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых прото- кольных стеков, а не наоборот. |