3 Информационно-технические основы построения сетей. 3. 1 Общие характеристики трафика. Виды трафика 2 Эталонная модель взаимодействия открытых систем 3 Сетевые протоколы и стандарты
 Скачать 419.5 Kb.
|
|
Транспортный протокол. Основные функции этого протокола - создавать соединения между портами систем и передавать сообщения через них. Функции транспортного протокола двояки. С одной стороны, он определяет средства, необходимые для взаимодействия систем с сетью, построенной по правилам, определяемым сетевым протоколом. В этой части транспортный протокол в дополнение к средствам, предоставляемым сетью, обеспечивает работу и восстановление систем при сбоях и отказах сети, приводящих к потере пакетов и самопроизвольному разъединению виртуальных каналов. С другой стороны, данные, которыми обмениваются системы, передаются в форме сообщений, которые являются целостными объектами, не связываемыми с пакетным способом передачи данных. Поэтому транспортный протокол должен предусматривать деление сообщений на пакеты и сборку из пакетов принимаемых сообщений. Транспортный протокол, занимая более высокий уровень, чем сетевой, избавляет систему от необходимости ориентироваться на специфику работы сети. Наряду с этими функциями транспортный протокол должен предоставлять возможность вводить приоритеты для некоторых видов обслуживания и т. п. Структура сообщений. Данные между системами передаются через транспортный интерфейс в форме сообщений - последовательности байтов. Сообщение идентифицируется адресом порта узла (компьютера), которому посылается сообщение, порядковым номером сообщения в сеансе связи и характеризуется длиной в байтах. Эти сведения указываются в заголовке сообщения, формируемом и обрабатываемом транспортными службами сети. Средства управления передачей данных транспортного уровня делят сообщения на пакеты, которые вводятся в сеть передачи данных последовательно и передаются по сети под управлением средств сетевого уровня. Принимая последовательность пакетов удаленная транспортная служба собирает сообщения из полей данных, переносимых в пакетах, и поставляет их в порт в виде, совпадающем с отправленными сообщениями. Протоколы высокого уровня. Транспортная сеть делает возможным доступ к средствам передачи данных для любых систем, связанных с программами и терминалами, сосредоточенными в одном компьютере или распределенными по различным в ЛВС. На основе процедур транспортного интерфейса строят протоколы взаимодействия систем, позволяющие реализовать различные прикладные функции. Указанные протоколы, базирующиеся на использовании транспортного интерфейса, называют протоколами высокого уровня. Эти протоколы устанавливают стандартные для сети способы (процедуры) выполнения прикладных функций. Необходимость стандартизации способов вызвана неоднородностью ЛВС из-за разнотипности используемых компьютеров, операционных систем и терминалов. Реализация соответствующих протоколов в отношении организации и логического подключения портов терминалов для однородных систем возлагается на средства сеансового уровня управления, а в отношении сопряжения разнородных систем на средства уровня представления - службу представления данных. Важнейшая функция службы представления данных - обеспечить возможность сопряжения разнотипных терминалов с программами. Одной из главных функций этой службы является шифрование данных. Протоколы и стандарты глобальных сетей. В рамках модели ВОС рассмотрим взаимосвязь некоторых других протоколов и стандартов, имеющих прямое отношение к сетевым технологиям для построения глобальных сетей и некоторых типов крупных ЛВС. Протоколы SLIP (Serial Line Internet Protocol) и PPP (Point-to-Point Protocol), которые входят в состав стека протоколов TCP/IP и применяются в Интернет для соединения по телефонным линиям. Если подключиться к Интернету с домашнего компьютера, то, скорее всего, используется один из этих протоколов. Протокол SLIP был разработан первым и является простейшим. Он функционирует только на физическом уровне и не предусматривает контроля ошибок и защиты. Несмотря на эти недостатки он остается популярным для доступа в Интернет. Большинство пользователей не нуждается в защищенном соединении, а применяемые высокоскоростные модемы, как правило, обеспечивают собственный контроль ошибок. Хотя SLIP функционирует на физическом уровне модели BOC/OSI, его часто называют коммуникационным протоколом канального уровня. Протокол РРР (Point-to-Point Protocol) был разработан как усовершенствование SLIP. Реализуемые им функции охватывают физический и канальный уровни. Дополнительные функции РРР включают контроль ошибок, защиту, динамическую адресацию IР и поддержку нескольких протоколов. Протоколы РРР и SLIP имеют двухточечное соединение. Протокол РРР предусматривает адресацию физических устройств на подуровне MAC и контроль ошибок LLC-уровня. В табл. 3.1 показано отображение различных протоколов в модели BOC/OSI. Протокол FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - стандарт для локальных и средних сетей передачи данных, основанный на использовании ОК в топологии «кольцо» или «звезда». Его, как правило, применяют в сетях комплекса зданий или еще для более крупных сетевых структур. В протоколе FDDI используется метод доступа к среде с помощью передачи маркера, он охватывает физический уровень и подуровень MAC модели BOC70SI. Протокол FDD1 имеет достаточно высокую пропускную способность - 100 Мбит/с, что делает его подходящим для таких приложений, как мультимедиа и видео. Он имеет высокую отказоустойчивость, так как кольцо FDDI можно образовать из двух колец с передачей маркеров в двух противоположных направлениях. При этом пользователи (станции, компьютеры) в кольце FDD1 могут быть с одинарным и двойным подключением к обоим кольцам. В случае отказа ОК для станций с двойным подключением кольцо автоматически реконфигурируется, и маркер направляется в обход обрыва ОК. Таблица 3.5 Отображение различных сетевых протоколов и технологий в модели BOC/OSI
. Протокол Х.25 является стандартом глобальных сетей передачи данных и функционирует на сетевом уровне (табл.9.3.1). Обычно он взаимодействует с протоколом канального уровня под названием LAPB (Link Access Procedures - Balanced), который, в свою очередь, работает поверх протоколов X.2I или Х.2Ibis или V.32. Протокол Х.25 реализует постоянные или коммутируемые виртуальные каналы, подразумевающие надежное обслуживание и сквозное управление потоком, хотя используемые в нем скорости невысоки и не позволяют обеспечить в глобальной сети работу приложений ЛВС. На физическом уровне протокол Х.21 позволяет использовать гибридную ячеистую (сотовую) топологию и соединение типа «точка-точка». Протокол LAPB представляет собой протокол канального уровня, который обеспечивает управление потоком данных уровня LLC и контроль ошибок. Протокол Frame Relay (протокол ретрансляции кадров) - технология коммутации пакетов. Он аналогичен протоколу Х.25 и использует виртуальные каналы. Как и протокол Х.25. Frame Relay применяют в глобальных сетях. В сетях Frame Relay предполагается, что определенные функции мониторинга и контроля ошибок выполняются протоколами более высокого уровня. Это позволяет Frame Relay работать быстрее протокола Х.25. Frame Relay функционирует на физическом и канальном уровнях модели BOC/OSI (табл. 3.5). На физическом уровне Frame Relay реализует двухточечные соединения в сети с ячеистыми (сотовыми) топологиями. На подуровне LLC канального уровня ретрансляция кадров поддерживает обнаружение (но не исправление) ошибок 9.4 Общие принципы интеграции сетевых технологий Интеграция сетевых технологий в цифровых сетях Выбор оптимальной технологии для построения широкополосных мульти- сервисных сетей в настоящее время опирается на процессы интеграции и конвергенции сетевых технологий при создании современных сетей. Общей технологической основой конвергентных сетей являются универсальные среды. Эти среды передают цифровые потоки с любой мультимедийной информацией. А специальные транспортные протоколы позволяют передавать информационные потоки с заданной скоростью и качеством. Необходимо четко осознавать, каким образом строить универсальную мультисервисную сеть для предоставления новых услуг, и какие требования к ней предъявлять. При построении сетей, следует иметь в виду, что новые услуги все чаще являются суперпозицией традиционных услуг телефонии, видео и передачи данных и, соответственно, требуют универсальных, приспособленных к таким услугам сетей. Универсальность сети заключается, прежде всего, в том, на что такая сеть должна быть способна: быть адаптированой для всех необходимых протоколов и передачи всех типов информационных потоков; поддерживать необходимый уровень качества передачи информационных потоков с возможностью контроля и гарантий этого качества от абонента до точки предоставления услуги; удовлетворять всем требованиям безопасности при пользовании услугами данного типа. Таким образом, современная сеть (даже если она планируется только как сеть передачи данных) должна строиться с учетом обеспечения необходимого качества передачи и безопасности информационных потоков, что требует, как правило, значительных инвестиций. При этом построенная таким образом сеть должна обладать всеми необходимыми качествами для того, чтобы стать универсальной, и, соответственно, должны быть возмо-жности для ее использования и для передачи альтернативных типов инфор-мационных потоков (голоса и видео). Опыт создания сетей показывает, что локальные сети строят преимущественно с использованием Ethernet, а гло-бальные, несмотря на отдельные попытки использования протокола РРР (о них часто и говорят как о чисто IP-сетях), к середине 90-х гг, стали строить с использованием технологии Frame Relay. Позже к концу 90 гг., с развитием технологии ATM, повсеместно при создании сетей передачи данных, пере-шли на технологию ATM. Несколько лет назад сети ряда операторов достигли таких размеров, что вопрос их масштабирования встал довольно серьезно. Это и стало причиной начала работ по разработке протокола MPLS (компания Lucent и др.). Основной задачей была, прежде всего, разработка процедур автоматизации установления соединений в сети ATM в соответствии с маршрутами IP-трафика. При большом числе узлов это облегчает управление и повышает масштабируемость сети. Таким образом, протокол MPLS (называемый протоколом MPLS/ATM) можно использовать в сетях ATM для передачи данных IР и других протоколов сетевого уровня. Другой путь (компания Cisco) - обеспечить хорошую передачу трафика IР по сетям, где в качестве протоколов второго уровня используется протокол РРР. Поскольку протокол РРР сам по себе не имеет никаких средств контроля качества, это потребовало больших усилий. В частности, протокол MPLS/PPP должен решать функции установления и контроля качества соединений и т.д.. Во-первых, требуется стандартизация уже существующих реализаций протоколов MPLS/ATM, MPLS/FR и MPLS/PPP. Во - вторых, начаты работы над спецификациями MPLS/Ethernet. В-третьих, требуется стандартизация методов взаимодействия всех методов инкапсуляции меток MPLS. Рассматривая перспективы применения протокола MPLS в современных сетях, необходимо отметить, что протокол MPLS/ATM можно успешно применять уже сегодня, при этом оптимизируются возможности для передачи IP-трафика. Одновременно обеспечивается качественная передача других видов информационных потоков - голоса, видео с использованием стандартных функций технологии ATM. В настоящее время стек протоколов TCP/IP является самым популярным и наиболее распространенным средством организации составных сетей. Поэтому в дальнейшем функции сетевого уровня эталонной модели ВОС будут рассматриваться на примере этого стека. В стеке протоколов TCP/IP определены четыре уровня (рис. 9.4.1). Каждый из них несет па себе нагрузку по решению основной задачи - организации надежной и производительной работы составной сети, части которой построены на основе разных сетевых технологий. Таблица 3.6 Многоуровневая архитектура стека TCP/IP
Уровень межсетевого взаимодействия является основой всей архитектуры стека протоколов TCP/IP, который реализует передачу пакетов в режиме без установления соединений, то есть дейтаграммным способом. Передача пакетов идет по маршруту, который в данный момент наиболее рациональный. Основным для сетевого уровня в модели ВОС OSI в стеке TCP/IP является протокол IP, который хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Являясь дейтаграммным, протокол, не гарантирует доставку пакетов до узла назначения в сети, но предусматривает механизмы повышения надежности их доставки. К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации 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 маршрутизаторами сети и узлом-источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщает о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных значениях параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т. п. Поскольку в стеке TCP/IP на сетевом уровне не устанавливаются соединения, то не гарантируется и их доставка но назначению, включая и порядок их доставки. Задачу обеспечения надежной информационной связи между двумя конечными узлами сети решает основной уровень стека TCP/IP. называемый также транспортным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами, благодаря образованию логических соединений. Он позволяет объектам одинакового ранга в сети (компьютерам отправителю и получателю) поддерживать обмен данными в дуплексном режиме. Протокол TCP позволяет без ошибок передать и доставить сформированный на одном из компьютеров поток пакетов в любой другой компьютер, входящий в составную сеть, разделить поток пакетов на части - сегменты и передать их нижнему уровню. После того, как эти сегменты будут доставлены средствами уровня межсетевого взаимодействия в пункт назначения, протокол TCP снова соберет их в непрерывный поток данных - переданное сообщение. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||