Лекции. 1. информационные сети. Основные понятия становление информационных сетей
 Скачать 1.52 Mb.
|
|
6.1. Стек OSI Стек OSI – международный, независимый от производите- лей стандарт. В то время как модель OSI является эталонной кон- цептуальной схемой взаимодействия открытых систем, стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов. В отличие от других протокольных стеков этот стек полностью соответствует модели OSI и включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определен- ных в этой модели. Протоколы OSI еще не завоевали той попу- лярности, которой пользуются многие патентованные ведом- 59 ственные протоколы, такие как DECnet и AppleTalk и действую- щие стандарты, например, протоколы стека TCP/IP. На нижних уровнях стек OSI поддерживает протоколы сете- вых технологий Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобаль- ных сетей, Х.25 и ISDN, – то есть использует разработанные вне стека протоколы нижних уровней. Стек OSI предлагает услуги сетевого уровня, как без уста- новления соединения, так и ориентированные на установления логического соединения [10]. Услуги без установления соединения описаны в стандарте ISO 8473, обычно называемом Протоколом сети без установле- ния соединения (ConnectionLess Network Protocol – CLNP). Как видно из названия, CLNP является протоколом дейтаграмм без установления соединения, используемым для переноса данных и указателей неисправности. По своим функциональным возмож- ностям он похож на Internet Protocol (IP) протокольного стека TCP/IP. Он не содержит средств обнаружения ошибок и их кор- рекции, полагаясь на способность транспортного уровня обеспе- чить соответствующим образом эти услуги. Он включает един- ственную фразу, которая называется «передача информации» (da- ta transfer). Каждый вызов какого-либо примитива услуг не зави- сит от всех других вызовов, для чего необходимо, чтобы вся ад- ресная информация полностью содержалась в составе примитива. В то время как CLNP определяет действующий протокол, выполняющий типичные функции сетевого уровня, CLNS (Об- служивание сети без установления соединения – ConnectionLess Network Service, англ.) описывает услуги, предоставляемые транспортному уровню, в котором запрос о передаче информации реализуется доставкой, выполненной с наименьшими затратами (best effort, англ.). Такая доставка не гарантирует, что данные не будут потеряны, испорчены, что в них не будет нарушен порядок, или что они не будут скопированы. Обслуживание без установ- ления соединения предполагает, что при необходимости все эти проблемы будут устранены в транспортном уровне. CLNS не обеспечивает никаких видов информации о соединении или со- стоянии, и не выполняет настройку соединения. Поскольку CLNS 60 обеспечивает транспортные уровни интерфейсом услуг, сопряга- ющим с CLNP, эти протоколы часто рассматриваются вместе. Обслуживание, ориентированное на установление логиче- ского соединения (иногда называемое Connection-Oriented Network Service – CONS), описывается в ISO 8208 как Протокол пакетно- го уровня X.25 (X.25 Packet-Level Protocol), иногда называемый Connection-Mode Network Protocol (CMNP), и ISO 8878, в котором описывается, как пользоваться ISO 8208, чтобы обеспечить ориен- тированные на установление логического соединения услуги OSI. Дополнительный документ ISO 8881 описывает, как обеспе- чить работу CMNP в локальных сетях IEEE 802. Услуги сети, согласно модели OSI, с установлением соеди- нения определяются ISO 8208 и ISO 8878. OSI использует Про- токол пакетного уровня X.25 (Packet-Level Protocol X.25 – PLP) для перемещения данных и указателей ошибок с установлением соединения. Для объектов транспортного уровня предусмотрено 6 услуг (одна для установления соединения, другая для разъеди- нения соединения, и четыре для передачи данных). Услуги вызы- ваются определенной комбинацией из четырёх примитив: запрос (request, англ.), указатель (indication, англ.), ответ (response, англ.) и подтверждение (confirmation, англ.). Взаимодействие этих четырех примитив показано на рис.6.1. В момент времени t 1 транспортный уровень ES1 22 отправля- ет примитив «запрос» в сетевой уровень ES1. Этот запрос поме- щается в подсеть ES1 протоколами подсети нижележащих уров- ней и в конечном итоге принимается ES2, который отправляет информацию вверх в сетевой уровень. В мотент времени t 2 сете- вой уровень ES2 отправляет примитив «указатель» в свой транс- портный уровень. После завершения необходимой обработки па- кета в высших уровнях, ES2 инициирует ответ в ES1, используя 22 В терминологии описания модели OSI понятие ES (End System – конеч- ная система, англ.) определяет любое устройство сети, не занимающееся маршрутизацией. Наряду с этим понятием здесь же принято понятие IS (Intermediate sys- tem – система-посредник, англ.), характеризующее именно маршрутизатор (router, англ.). 61 примитив «ответ», отправленный из транспортного уровня в се- тевой уровень. Отправленный в момент времени t 3 ответ возвра- щается в ES1, который отправляет информацию вверх в сетевой уровень, где генерируется примитив «подтверждение», отправля- емый в транспортный уровень в момент t 4 Рис.6.1. Взаимодействие примитивов транспортного уровня через сетевой уровень OSI на сетевом уровне определяет также несколько прото- колов маршрутизации. В дополнение к уже упоминавшимся спецификациям прото- колов и услуг сетевого уровня OSI, имеются некоторые другие документы, в число которых входят: ISO 8648. На этот стандарт ссылаются как на «внутреннюю организацию сетевого уровня» (internal organization of the network level – IONL). Он описывает, каким образом можно разбить сете- вой уровень на три отдельных различимых друг от друга подуров- ня, чтобы обеспечить поддержку для различных типов подсетей. ISO 8348. Этот стандарт обычно называют «определение услуг сети» (network service definition, англ.). Он описывает ори- ентированные на услуги с установлением логического соединения и услуги без него, которые обеспечивает сетевой уровень OSI. Ад- 62 ресация сетевого уровня также определена в этом документе. ISO TR 9575. Стандарт описывает структуру, концепции и терминологию, использованную в протоколах маршрутизации OSI. ISO TR 9577. Стандарт определяет, как отличать друг от друга большое число протоколов сетевого уровня, работающих в одной и той же среде. Это необходимо потому, что в отличие от других протоколов, протоколы сетевого уровня OSI не различа- ются с помощью какого-либо идентификатора (ID) протокола или аналогичного поля канального уровня. Услуги сети OSI предоставляются транспортному уровню через концептуальную точку на границе сетевого и транспортно- го уровней, известную под названием точки доступа к услугам сети (NSAP – network service access point). Для каждого объекта транспортного уровня имеется одна NSAP. Каждая NSAP может быть индивидуально адресована в объ- единенной глобальной сети с помощью адреса NSAP (иногда в источниках встречается неточное название – просто «NSAP»). Таким образом, любая конечная система OSI имеет, как правило, множество адресов NSAP. Эти адреса обычно отличаются только последним байтом, называемым n-selector. Возможны случаи, когда полезно адресовать сообщение се- тевому уровню системы в целом, не связывая его с конкретным объектом транспортного уровня, например, когда система участ- вует в протоколах маршрутизации или при адресации к какой- нибудь промежуточной системе (к маршрутизатору). Подобная адресация выполняется через специальный адрес сети, известный под названием «титул объекта сети» (network entity title – NET). Структурно NET идентичен адресу NSAP, но он использует спе- циальное значение n-selector «00». Большинство конечных и про- межуточных систем имеют только один NET, в отличие от марш- рутизаторов, имеющих по одному адресу на каждый интерфейс. На транспортном уровне стека OSI определены пять прото- колов: ТР0, ТР1, ТР2, ТР3 и ТР4. Все они, кроме ТР4, работают только с сетевыми сервисами с установлением соединения. ТР4 работает как с установлением соединения, так и без него, то есть в дейтаграммном режиме. 63 ТР0 является самым простым протоколом транспортного уровня OSI, ориентированным на установления логического со- единения. Из набора классических функций протокола транс- портного уровня он выполняет только сегментацию и повторную сборку. Это означает, что ТР0 обратит внимание на протоколь- ную информационную единицу (protocol data unit – PDU) с наименьшим максимальным размером, который поддерживается лежащими в основе подсетями, и фрагментирует пакет транс- портного уровня на более мелкие части, которые не будут пре- вышать допустимый для передачи по сети размер пакета. В дополнение к сегментации и повторной сборке ТР1 обес- печивает устранение базовых ошибок. Он нумерует все PDU и повторно отправляет те, правильность передачи которых не была подтверждена. ТР1 может также повторно инициировать соеди- нение в том случае, если имеет место превышение допустимого числа неподтвержденных РDU. ТР2 может мультиплексировать и демультиплексировать потоки данных через отдельную виртуальную цепь. Эта способ- ность делает ТР2 особенно полезным в общедоступных инфор- мационных сетях (Public Data Network – PDN), где каждая вирту- альная цепь подвергается отдельной загрузке. Подобно ТР0 и ТР1, ТР2 также сегментирует и вновь собирает PDU. ТР3 комбинирует в себе характеристики ТР1 и ТР2. ТР4 является самым популярным протоколом транспортно- го уровня OSI. ТР4 похож на протокол ТСР из протокольного стека TCP/IP, поскольку, фактически, он базировался на ТСР. В дополнение к характеристикам ТР3, ТР4 обеспечивает надежные услуги по транспортировке. Протоколы сеансового уровня OSI преобразуют в сеансы потоки данных, поставляемых четырьмя низшими уровнями, пу- тем реализации различных управляющих механизмов. В число этих механизмов входит ведение учета, управление диалогом и согласование параметров сеанса. Управление диалогом сеанса реализуется путем использова- ния маркера (token, англ.), обладание которым обеспечивает пра- во на связь. Маркер можно запрашивать, и конечным системам 64 ES могут быть присвоены приоритеты, обеспечивающие дискри- минационное пользование маркером. Представительный уровень OSI, как правило, является про- сто проходным протоколом для информации из соседних уров- ней. Хотя считается, что абстрактное представление синтакси- са (Abstract Syntax Notation One – ASN.1) является протоколом представительного уровня OSI, ASN.1 используется для пред- ставления данных в независимом от машины формате. Это поз- воляет осуществлять связь между прикладными задачами раз- личных компьютерных систем способом, прозрачным для этих прикладных задач. Прикладной уровень ОSI включает действующие протоколы прикладного уровня, а также элементы услуг прикладного уровня (application service elements – ASE). ASE обеспечивают легкую связь протоколов прикладного уровня с низшими уровнями. Тре- мя наиболее важными ASE являются элемент услуг управления ассоциацией (Association Control Service Element – ACSE), эле- мент услуг получения доступа к операциям отдаленного устрой- ства (Remote Operations Service Element – ROSE) и элемент услуг надежной передачи (Reliable Transfer Service Element – RTSE). При подготовке к связи между двумя протоколами прикладного уровня ACSE объединяет их имена друг с другом. ROSE реализу- ет механизм «запрос/ответ», который разрешает доступ к опера- циям отдаленного устройства способом, похожим на вызовы процедуры обращений к отделенной сети (remote procedure calls – RPC). RTSE способствует надежной доставке, делая конструк- тивные элементы сеансового уровня легкими для использования. Наибольшую популярность имеют следующие протоколы прикладного уровня OSI: Common Management Information Protocol (CMIP). Протокол общей информации управления – протокол общей управляющей информации, определяющий стандартный способ управления сетями, разработанными различными производителя- ми. Directory Services (DS). Услуги каталогов, разработанные на основе спецификации Х.500, предоставляют возможности рас- 65 пределенной по серверам сети иерархической объектной базы данных, полезные для идентификации и адресации узлов высших уровней. File Transfer, Access, and Management (FTAM). Протокол передачи, доступа и управления файлами предоставляет услуги по передаче файлов. В дополнение к классической передаче файлов, для которой FTAM обеспечивает многочисленные опции, FTAM также обеспечивает средства доступа к распределенным файлам. Message Handling Systems (MHS). Протокол обработки сообщений – обеспечивает механизм, лежащий в основе транс- портировки данных для прикладных задач передачи сообщений по электронной почте и других задач, требующих услуг по хра- нению и продвижению данных. MHS поддерживается серией ре- комендаций X.400. Virtual Terminal Protocol (VTP). Протокол эмуляции виртуальных терминалов, позволяющий компьютерной системе для отдаленной ES казаться непосредственно подключенным терминалом. С помощью VTP пользователь может, например, выполнять дистанционные работы на мощных универсальных вычислительных машинах. Подводя итог краткому обзору протокольного стека OSI, следует отметить, что его протоколы отличаются сложностью и неоднозначностью спецификации, явившихся результатом общей политики разработчиков стека, стремившихся учесть в своих протоколах все случаи жизни и все существовавшие и вновь по- являющиеся технологии. Сказались и последствия неизбежных при принятии международных стандартов по такому общезначи- мому вопросу, как построение открытых информационных сетей, большого количества политических компромиссов. Сложность протоколов стека OSI требуют больших затрат вычислительной мощности, что делает более предпочтительным их использование для высокопроизводительных ЭВМ и мощных рабочих станций. 6.2. Стек TCP/IP 66 Стек TCP/IP был разработан в рамках реализации сетевой архитектуры ARPA до появления эталонной модели взаимодей- ствия открытых систем и, несмотря на то, что он также имеет многоуровневую структуру, соответствие его уровней уровням модели OSI в некоторой степени условно. Протоколы стека TCP/IP делятся на четыре логических уровня. В отличие от принятой в модели OSI условной нумера- ции уровней, начиная с нижнего – физического, в стеке TCP/IP традиционно принят обратный порядок нумерации уровней. Самый нижний уровень (уровень IV) соответствует физиче- скому и канальному уровням модели OSI. В протоколах TCP/IP этот уровень не регламентируется, но поддерживает все популяр- ные стандарты физического и канального уровня: для локальных сетей это Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG- AnyLAN, для глобальных сетей – протоколы соединений «точка- точка» SLIP и PPP, протоколы территориальных сетей с комму- тацией пакетов X.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции пакетов IP в ее кадры. Следующий уровень (уровень III) – уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей пакетов с ис- пользованием различных транспортных технологий локальных сетей, территориальных сетей, линий специальной связи и т.п. В качестве основного протокола этого уровня используется прото- кол IP, который изначально проектировался как протокол пере- дачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количе- ства локальных сетей, объединенных как локальными, так и гло- бальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них под- систем и экономно расходуя пропускную способность низкоско- ростных линий связи. Протокол IP является дейтаграммным прото- колом, то есть он не гарантирует доставку пакетов до узла назначе- ния. 67 К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной инфор- мации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между марш- рутизаторами сети и узлом – источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности достав- ки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах пара- метров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п. Семейство протоколов маршрутиза- ции делится на группу протоколов определения маршрутов внут- ри автономной сети – IGP (Internet Gateway Routing Protocol), RIP (Routing Information Protocol), IGRP (Interior Gateway Rout- ing Protocol), OSPF (Open Shortest Pass First), и группу внешних протоколов, обеспечивающих взаимодействие маршрутизаторов –EGP (Exterior Gateway Protocol), |