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.
|
|
Протокол UDP передает прикладные пакеты дейтаграммным способом, как и главный протокол уровня межсетевого взаимодействия IP, и выполняет только функции связующего звена (мультиплексора) между сетевым протоколом и многочисленными службами прикладного уровня или пользовательскими процессами. Прикладной уровень объединяет все службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек протоколов TCP/IP вобрал в себя большое число протоколов и служб прикладного уровня. Прикладной уровень реализуется программными системами, построенными в архитектуре клиент-сервер, базирующимися на протоколах нижних уровней. В отличие от протоколов остальных трех уровней, протоколы прикладного уровня «занимаются» деталями конкретного приложения и «не интересуются» способами передачи данных по сети. Этот уровень постоянно расширяется за счет присоединения к старым, прошедшим многолетнюю эксплуатацию, сетевым службам типа Telnet, FTP, TFTP, DNS, SNMP, сравнительно новых служб таких, например, как протокол передачи гипертекстовой информации HTTP . Принципиальным отличием архитектуры стека протоколов TCP/IP от многоуровневой архитектуры для других стеков является интерпретация функций самою нижнего уровня - уровня сетевых интерфейсов. Протоколы этого уровня должны обеспечивать интеграцию различных сетевых технологий или других сетей в составную или единую. При этом задача интеграции определена так: сеть TCP/IP должна предусматривать включение в себя средств любой другой сети, какую бы внутреннюю технологию передачи данных эта сеть не использовала. Отсюда следует, что этот уровень нельзя определить однозначно. Для каждой сетевой технологии, включаемой в составную сеть подсети, должны быть разработаны собственные интерфейсные средства, к которым относятся протоколы инкапсуляции IP-пакетов уровня межсетевого взаимодействия в кадры локальных и базовых сетевых технологий транспортных сетей, таких как Ethernet, ATM, SDH и др. Уровень сетевых интерфейсов в протоколах стека TCP/IP не регламентируется. Однако он поддерживает все наиболее распространенные стандарты физического и канального уровней. Для ЛВС - это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, lOOVG-AnyLAN. Для глобальных сетей - это протоколы соединений типа «точка-точка» SLIP и РРР, протоколы глобальных сетей с коммутацией пакетов Х.25, Frame Relay, и транспортных сетей -ATM, SDH. Для последнего случая разработаны спецификации, определяющие использование технологии ATM и SDH в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новая технология локальных или глобальных сетей быстро включается в стек TCP/IP благодаря разработке спецификации, определяющей метод инкапсуляции IP-пакетов в кадры сетевой технологии. Соответствие уровней стека протоколов TCP/IP семиуровневой модели BOC/OSI. Так как стек протоколов TCP/IP был разработан до появления модели BOC/OSI, то, несмотря на его многоуровневую структуру, соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели BOC/OSI достаточно условно (табл.3.7). Подобно архитектуре модели BOC/OSI в многоуровневой архитектуре стека TCP/IP можно выделить уровни, функции которых зависят от конкретной технической реализации сети, и уровни, функции которых ориентированы на работу с приложениями. Таблица 3.7 Соответствие уровней стека протоколов TCP/IP эталонной модели BOC/OSI.
Протоколы прикладного уровня стека протоколов TCP/IP работают на компьютерах и сетевых узлах, выполняющих приложения пользователей. Даже полная замена сетевого оборудования в общем случае не должна влиять на работу приложений, если они получают доступ к сетевым возможностям через протоколы прикладного уровня. Протоколы транспортного уровня в большей степени зависят от сети, так как они реализуют интерфейсы к уровням стека протоколов TCP/IP. непосредственно организующим передачу данных по сети. Однако, подобно протоколам прикладного уровня, программные модули, реализующие протоколы транспортного уровня, устанавливают только на конечных узлах сети. Протоколы двух нижних уровней полностью определяются аппаратной реализацией сети, т.е. являются сетезависимыми, поэтому программные модули протоколов уровней межсетевого взаимодействия и сетевых интерфейсов устанавливаются как на конечных узлах составной сети, так и на маршрутизатора и коммутаторах сети. Каждый коммуникационный протокол в рамках эталонной модели BOC/0SI оперирует с определенными единицами объема передаваемых данных. Для стека протоколов TCP/IP существует устоявшаяся терминология. Потоком называют данные, поступающие от приложений на вход протоколов транспортного уровня TCP и UDP. Протокол TCP нарезает из потока данных сегменты. Единицу данных протокола UDP часто называют дейтаграммой. Дейтаграмма это общее название для единиц данных, которыми оперируют протоколы без установления соединений. К таким протоколам относится и протокол межсетевого взаимодействия IP. Дейтаграмму протокола IP называют также пакетом. В стеке протоколов TCP/IP принято называть кадрами (фреймами) единицы данных протоколов, на основе которых IP-пакеты переносятся через подсети составной сети. Таким образом, составная сеть - это объединение или совокупность нескольких сетей, называемых подсетями, которые соединяются между собой маршрутизаторами. Организацию совместной транспортной службы в составной сети называют межсетевым взаимодействием. На сетевом уровне передаются пакеты между конечными узлами в составных сетях, выбирается маршрут, согласуются локальные и глобальные сетевые технологии отдельных подсетей и сетей. При этом маршрут определяется как путь, который должен пройти пакет от узла - отправителя до узла - получателя конечного пункта назначения по последовательности маршрутизаторов. Выбор маршрута из нескольких возможных осуществляют маршрутизаторы и конечные узлы на основе таблиц маршрутизации, в которые записи заносятся автоматически с помощью протоколов маршрутизации. Протоколы маршрутизации следует отличать от сетевых протоколов. Первые собирают и передают по сети чисто служебную информацию о возможных маршрутах, а вторые только пользовательские данные. Сетевые протоколы и протоколы маршрутизации реализуются в виде программных модулей находящихся на конечных узлах у пользователей сети (компьютерах), а на промежуточных узлах сети - в маршрутизаторах. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры. 3.5 Принципы объединения сетей Рассмотрим основные принципы объединения сетей на основе протоколов сетевого уровня модели ВОС и некоторые вопросы, связанные с построением больших сетей Сетевой уровень рассматривается как средство построения больших сетей. В эталонной модели ВОС в функции сетевого уровня входят следующие: передача пакетов между конечными узлами в составных сетях; выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию; согласование разных протоколов канального уровня, применяемых в отдельных подсетях, в рамках всей составной или объединенной сети. Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах сети (в ЛВС - это компьютеры, называемые хостами, в транспортных сетях - это удаленные интеллектуальные мультиплексоры SDH), а также на промежуточных узлах сети (в ЛВС - это маршрутизаторы, называемые шлюзами). Сложную, структурированную ЛВС, интегрирующую различные базовые технологии, можно создать средствами не только сетевого уровня, но и канального. Для этого надо использовать некоторые типы мостов и коммутаторов. Мост или коммутатор разделяет сеть на сегменты, локализуя трафик внутри сегмента. При этом сеть разделяют на отдельные подсети, из которых могут быть построены составные сети достаточно крупных размеров. Однако построение сложных сетей только на основе оборудования канального уровня (маршрутизаторов и коммутаторов, выполняющих функции повторителей, мостов и коммутаторов) имеет существенные ограничения и недостатки . В топологии такой сети должны отсутствовать петли, логические сегменты сети слабо изолированыдруг от друга, достаточно сложно решается задача управления трафиком, система адресации одноуровневая и недостаточно гибкая. Возможностью трансляции протоколов канального уровня обладают далеко не все типы мостов и коммутаторов, к тому же эти возможности ограничены. Естественное решение - это привлечение средств более высокого сетевого уровня. Основная идея введения сетевого уровня при построении больших сетей состоит в следующем. Сеть рассматривают как совокупность нескольких и называют составной сетьюили интерсетью (Internet).Сети, входящие в составную сеть, называют подсетями, составляющими сетями или просто сетями. Когда две или более сети организуют совместную транспортную службу, то режим взаимодействия называют межсетевым взаимодействием (internetworking). Подсети соединяются между собой маршрутизаторами, в качестве которых могут использоваться как собственно маршрутизаторы, так и коммутаторы. Компонентами составной сети могут быть как локальные, так и глобальные сети. Внутренняя структура каждой сети не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. Все узлы в пределах одной подсети взаимодействуют, используя единую для них технологию. Так, в составную сеть может входить несколько сетей разных технологий: локальные сети Ethernet. Fast Ethernet, Token Ring, FDDI и глобальные сети Frame Relay, X.25, ISDN. ATM, СЦИ/SDH. Каждая из этих технологий (за исключением ATM, СЦИ/SDH) достаточна, чтобы организовать взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не обеспечивает организацию связи между произвольно выбранными узлами, принадлежащими разным подсетям. Для организации взаимодействия требуются дополнительные средства, которые и предоставляет сетевой уровень. Сетевой уровень обеспечивает работу всех подсетей в процессе передачи пакетов сообщений по составной сети. Для перемещения данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям. Для сетевого уровня предусматривается собственная система адресации, не зависящая от способов адресации узлов в отдельных подсетях, которая позволяет на сетевом уровне универсальным и однозначным способом идентифицировать любой узел объединенной или составной сети. Естественным способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех подсетей составной сети и нумерация всех узлов в пределах каждой подсети. Таким образом, сетевой адрес включает в себя номера сети (подсети) и узла. В качестве номера узла может быть задано некоторое число, никак не связанное с локальной технологией, которое однозначно идентифицирует узел в пределах данной подсети. Такой подход более универсален и характерен для стека протоколов TCP/IP: каждый узел составной сети имеет наряду с локальным адресом еще один - универсальный сетевой. Данные, которые поступают на сетевой уровень и которые необходимо передать через составную сеть, снабжаются заголовком сетевого уровня. Данные вместе с заголовком образуют пакет. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть, он, наряду с другой служебной информацией, включает данные о номере сети, которой предназначается этот пакет. Сетевой уровень определяет маршрут и перемещает пакет между подсетями. При передаче из одной подсети в другую пакет сетевого уровня, инкапсулированный в прибывший канальный кадр первой подсети, освобождается от заголовков этого кадра и окружается заголовками кадра канального уровня следующей подсети. Информацией, на основе которой делается эта замена, являются служебные поля пакета сетевого уровня. В поле адреса назначения нового кадра указывается локальный адрес следующего маршрутизатора. При этом если в подсети данные доставляются средствами канального и физического уровней, то пакеты сетевого уровня упаковываются в кадры канального. Если же в какой-либо подсети для транспортировки сообщений используется технология, основанная на стеках с большим числом уровней, то пакеты сетевого уровня упаковываются в блоки передаваемых данных самого высокого уровня подсети. Кроме номера сети заголовок сетевого уровня должен содержать и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из одной сети в другую. К такой информации может относиться, например, номер фрагмента пакета, необходимый для успешного проведения операций сборки-разборки фрагментов при соединении сетей с разными максимальными размерами пакетов, время жизни пакета, указывающее, как долго он перемещается по сети, качество услуги - критерий выбора маршрута при межсетевых передачах. Организация межсетевого взаимодействия средствами сетевого уровня эталонной модели ВОС, в основе которого лежит организация совместной или единой транспортной службы для всей составной или единой транспортной сети, служит основой для интеграции различных сетевых технологий в современных цифровых сетях. 3.6 Интеграция как закономерность развития электросвязи на современном этапе В истории развития электросвязи имеется весьма важная закономерность - неизменность структуры схемы, принципов функционирования и состава основных компонентов: передатчик - сеть - приемник. В основе этого лежат процессы интеграции. Основные направления современных интеграционных процессов представ-лены на рис.3.2 Глобальным основополагающим направлением является электронизация - переход всей техники и технологии электросвязи на элект-ронную базу. Вторым по важности и массовости направлением интеграции является цифровизация. В течение последнего десятилетия этот процесс происходит во всех структурных компонентах электросвязи: каналах, передающих и приемных устройствах, оборудовании коммутации и управления, а также в развитии и совершенствовании элементной базы и технологий. В XXI веке в развитии электросвязи важнейшую роль играет компьютеризация, позволяющая осуществить интеграцию между сетями, системами передачи, коммутации, управления и терминальными устройствами.  Рис. 3.2 Основные направления процессов интеграции. Интеллектуализация является естественным проявлением интеграционного процесса, способствуя развитию новых услуг электросвязи. Объединение же всех процессов предоставления услуг в единую службу - это уже интеграция. По мере интеграции процессов передачи и коммутации и, особенно, в связи с разработкой и развитием интегральных цифровых сетей с пакетной коммутацией (Internet, AM), ростом скоростей передачи и коммутации вопросы управления в таких сетях значительно усложнились, и постепенно они выделились в самостоятельные единые стандартизованные системы. Важным для развития систем электросвязи, удешевления устройств и элементной базы, оптимизации взаимодействия оборудования, сетей и служб электросвязи, является унификация. И настоящее время это одна из первоочередных задач, вызванных огромным количеством разнообразного оборудования различных фирм-разработчиков всего мира, представленного на телекоммуникационном рынке. Следующий, одни из принципиальных этапов развития технологии связи- персонализация. Он представляет собой переход oт адресации терминалов к адресации пользователей.. В персональной системе связи каждый пользователь будет иметь единый адрес, независимо от того, в какую сеть он включен, какой вид связи использует и где находится в данный момент времени. При переходе к персонализации в сетях возникает необходимость интеграции существующих систем адресации, среди которых к персональной наиболее близка система, принятая в Internet и мобильных сетях. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||