СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
Type и Modifier определяют типы и 0 N(S) P/F нн N(R) 1 3/7 1 3/7 бит 4.68 1 Type P/F нн N(R) 1 2/6 1 3/7 бит бит а) в) б) 0 1 Type P/F нн Modifier 1 2 1 3 1 1 1 Раздел 4. Глобальные сети 328 модификации команд, используемых двумя узлами на этапе установления соединения. Примерами таких команд могут служить: • запрос на установление соединения с использованием двухбайтовых полей управления для информационных и управляющих кадров: SABME (Set Asynchronous Balanced Mode Extended – установить асинхронный сбалансированный расширенный режим); • подтверждение установления или разрыва соединения: UA (Unnumbered Acknowledgment – ненумерованная положительная квитанция); • запрос на разрыв соединения: REST (Resetting connection – сброс соединения). Одна из основных функций протоколов семейства HDLC – восстановление искаженных и потерянных кадров (уменьшение вероятности искажения бита – BER с 10 -3 – 10 -4 до 10 -9 ). Для современных каналов высокого качества, обеспечивающих значение BER=10 -8 – 10 -9 , использование протоколов семейства HDLC на уровне моста или маршрутизатора становится нецелесообразным. 4.4.10.3. Протокол РРР PPP (Point-to-Point Protocol) – протокол двухточечного соединения, заменивший протокол SLIP и построенный на основе формата кадров протоколов семейства HDLC с дополнением собственных полей. Протокол РРР является стандартным протоколом Интернета и так же, как протокол HDLC, представляет собой семейство протоколов, включающее в том числе: • LCP (Link Control Protokol) – протокол управления соединением; • NCP (Network Control Protokol) – протокол управления сетью; • MLРРP (Multi Link PPP) – многоканальный протокол РРР. Протокол PPP основан на четырех принципах: • переговорное принятие параметров соединения; • многопротокольная поддержка; • расширяемость протокола; • независимость от глобальных служб. В отличие от бит-ориентированного протокола HDLC, протокол РРР является байт-ориентированным, что означает посимвольное заполнение кадра, то есть все кадры состоят из целого числа байтов. Полный формат кадра РРР для работы в ненумерованном режиме показан на рис.4.69. 01111110 11111111 00000011 01111110 1 1 1 - 2/4 1 байт 4.69 Флаг Адрес У Данные КС Флаг 1/2 Протокол Раздел 4. Глобальные сети 329 Характерными для РРР-кадра являются следующие особенности. 1. Если в поле Данные встречается байт 01111110, совпадающий с кодом флага, то используется процедура байт-стаффинга, рассмотренная выше. 2. Поле Адрес всегда содержит значение 11111111, что означает, что все станции должны принимать этот кадр и позволяет избежать необходимости назначения адресов для передачи данных. 3. Поле управления У по умолчанию содержит значение 00000011, означающее ненумерованный кадр. 4. Поле Протокол содержит код протокола вышележащего уровня, пакет которого вложен в поле данных. Длина этого поля по умолчанию составляет 2 байта, но путём переговоров длина может быть уменьшена до 1 байта. 5. Поле Данные может быть переменной длины, вплоть до некоторого установленного пользователями максимального значения, которое по умолчанию обычно составляет 1500 байт. 6. Поле контрольной суммы КС по умолчанию имеет длину 2 байта, которая в случае необходимости по договорённости может быть увеличена до 4-х байтов. 7. Установление соединения между двумя узлами сопровождается сложной переговорной процедурой принятия параметров соединения, таких как качество линии связи, размер передаваемых кадров, тип протокола аутентификации и т.д. Эта переговорная процедура реализуется протоколом управления линией связи LCP. 8. Протокол РРР реализует многопротокольную поддержку, обеспечивая внутри одного соединения передачу пакетов различных протоколов сетевого (IP. IPX, XNS и т.д.) и канального уровня ЛВС. 4.5. MPLS- технология 4.5.1. Основные принципы MPLS- технологии MPLS – MultProtocol Label Switching – многопротокольная коммутация на основе меток объединяет два способа передачи пакетов: дейтаграммный и «виртуальный канал». В основе MPLS-технологии лежит технология IP-коммутации (IP- Switching), предложенная в середине 90-х годов компанией IPSILON, которая для её реализации разработала специальное комбинированное устройство IP/ATM, представляющее собой АТМ-коммутаторы со встроенными блоками IP-маршрутизации. Эти устройства были предназначены для уменьшения задержек при передаче кратковременных потоков данных за счёт отказа от предварительной процедуры установления виртуального канала, как это происходит в АТМ-сетях. Для этого IP-пакет, принадлежащий кратковременному потоку, разбивался устройством IP/ATM на АТМ-ячейки, которые передавались от одного устройства IP/ATM к другому. В то же время, долговременные потоки Раздел 4. Глобальные сети 330 передавались традиционным для АТМ-технологии способом – с предварительным установлением виртуального канала. Дальнейшие усовершенствования IP-коммутации привели в конце 90-годов прошлого века к созданию технологии MPLS, объединяющей достоинства техники виртуальных каналов и стека протоколов TCP/IP за счёт применения специального сетевого устройства - коммутирующего по меткам маршрутизатора LSR (Label Switch Router), выполняющего функции IP-маршрутизатора и коммутатора виртуальных каналов. 4.5.2. Маршрутизатор LSR и таблица продвижения В основе MPLS лежит принцип передачи на основе меток. Любой передаваемый пакет ассоциируется с тем или иным классом сетевого уровня (Forwarding Equivalence Class, FEC), каждый из которых идентифицируется определенной меткой. Значение метки уникально лишь для участка пути между соседними узлами сети MPLS, которыми являются LSR. Метка передается в составе любого пакета, причем способ ее привязки к пакету зависит от используемой технологии канального уровня. LSR получает топологическую информацию о сети, участвуя в работе алгоритма маршрутизации (OSPF, BGP, IS-IS). Затем он начинает взаимодействовать с соседними LSR, распределяя метки, которые в дальнейшем будут применяться для коммутации. Обмен метками может производиться с помощью как специального протокола распределения меток LDP (Label Distribution Protocol), так и модифицированных версий протоколов сигнализации в сети (например, видоизмененных протоколов маршрутизации, резервирования ресурсов RSVP и др.). Распределение меток между LSR приводит к установлению внутри домена MPLS путей с коммутацией по меткам LSP (Label Switching Path), которые хранятся в каждом маршрутизаторе LSR в виде таблицы продвижения (рис.4.70), содержащей следующие столбцы: • входной интерфейс – интерфейс (порт), по которому пакет поступил в LSR; • метка – идентификатор (метка), который идентифицирует принадлежность поступившего пакета к конкретному трафику; • следующий хоп – интерфейс (порт), в который должен быть направлен пакет; • действие – указатель, определяющий, какое действие должно быть применено к метке (заменить, удалить). Вх. интерфейс Метка След.хоп Действие I1 121 I2 211 I2 164 I3 274 4.70 Раздел 4. Глобальные сети 331 В поле «Действие» таблицы продвижения указываются основные операции с метками: • Push – поместить метку в стек; • Swap – заменить текущую метку новой; • Pop – удаление верхней метки. Получая пакет, LSR по номеру интерфейса, на который пришел пакет, и по значению привязанной к пакету метки определяет для него выходной интерфейс. Старое значение метки заменяется новым, содержавшимся в поле «действие» таблицы, и пакет отправляется к следующему устройству на пути LSP. Вся операция требует лишь одноразовой идентификации значений полей в одной строке таблицы. Это занимает гораздо меньше времени, чем сравнение IP-адреса отправителя с наиболее длинным адресным префиксом в таблице маршрутизации, которое используется при традиционной маршрутизации. На рис.4.71 показан пример MPLS-сети, находящейся в окружении IP-сетей. Каждая IP-сеть соединяется через пограничный маршрутизатор (ПМш) с пограничным коммутирующим по меткам маршрутизатором LER (Label switch Edge Routers), который выполняет следующие функции: • классификация пакетов по различным классам эквивалентного продвижения (FEC – Forwarding Equivalence Class), имеющих один и тот же следующий хоп; • реализация таких дополнительных сервисов, как фильтрация, явная маршрутизация, выравнивание нагрузки и управление трафиком. В результате интенсивные вычисления приходятся на граничную область MPLS-сети, а высокопроизводительная коммутация выполняется в ядре, содержащем множество LSR. 4.5.3. Заголовок MPLS Заголовок MPLS длиной 32 бита вставляется между заголовками 2-го и 3-го уровня OSI-модели, что даёт повод говорить, что MPLS – это технология уровня 2,5. IP-сеть IP-сеть IP-сеть IP-сеть ПМш IP-сеть MPLS - сеть 4.71 ПМш ПМш ПМш ПМш LSR LSR LSR LSR LER 1 LER 2 LER 5 LER 3 LER 4 Раздел 4. Глобальные сети 332 Заголовок MPLS содержит (рис.4.72) следующие поля: • метка (20 бит), на основе которой осуществляется коммутация пакетов в MPLS-сети; • CoS (Class of Service) – класс обслуживания (3 бита), указывающий класс трафика, требующего определённого показателя QoS; • S – признак дна стека меток (1 бит), используемый для организации агрегированных путей LSP при прохождении пакетом через несколько MPLS-сетей; • TTL (Time To Live) – время жизни пакета (8 бит), дублирующее аналогичное поле IP-пакета, что позволяет маршрутизаторам LSR отбрасывать пакеты с истекшим временем жизни. 4.5.4. Многоуровневая коммутация по меткам Для создания системы агрегированных путей LSP с любым количеством уровней иерархии заголовок MPLS-кадра формируется в виде стека меток, включающего столько заголовков MPLS, сколько уровней иерархии содержит агрегированный путь (рис.4.73). При этом различают: • вершину стека, над которым всегда выполняются действия, указанные в таблице продвижения; • дно стека, признаком которого служит значение поля S=1. Организация стека меток необходима для организации многоуровневой коммутации по меткам, когда пакеты передаются не только внутри каждого MPLS-домена, но и между разными MPLS- доменами, обслуживаемых разными поставщиками услуг. С помощью стека меток может быть реализован механизм туннелирования. Рассмотрим механизм формирования многоуровневой коммутации с использованием стека меток на примере сети, показанной на рис.4.74. Положим, что на пути передачи IP-пакета из IP-сети 1 в IP-сеть2 имеются 2 MPLS-домена, в каждом из которых пакет проходит через 2 пограничных маршрутизатора LER и 2 маршрутизатора LSR. MPLS-загол. 1 S=0 MPLS-загол. 2 S=0 MPLS-загол. N S=1 … Вершина стека Дно стека 4.73 Заголовок ур.2 Заголовок MPLS Заголовок ур.3 Данные ур.3 Метка (20 бит) TTL (8) CoS (3) S PPP, Ethernet, ATM, Frame Relay 4.72 IP, … Раздел 4. Глобальные сети 333 Соответствующие фрагменты таблиц продвижения пакетов маршрутизаторов LER1, LSR1, LSR2 и LER2, для наглядности объединённые в одну таблицу, представлены на рис.4.75. IP-пакет из IP-сети 1 по интерфейсу I0 попадает в пограничный маршрутизатор LER1, где в заголовок IP-пакета будет вставлен MPLS- заголовок. В соответствии с таблицей продвижения маршрутизатора LER1 будет сформирован MPLS-заголовок, в поле метки которого будет установлено значение 216. Затем действие Push приведёт к формированию второго MPLS-заголовка, который станет вершиной стека, в поле метки которого будет установлено значение 129. Таким образом, появится стек из двух MPLS-заголовков (см. рис.4.74), причём во втором заголовке Маршрутизатор Входной интерфейс Метка Следующий хоп Действия LER1 … I0 - I1 216 | Push | 129 … LSR1 … J0 129 J1 Swap 174 … LSR2 … K0 174 K1 Pop … LER2 … L0 216 L1 Swap 225 … 4.75 LSR 4 LSR 3 LER 4 LER 3 MPLS-домен 2 MPLS-домен 1 129 216 IP 174 216 IP 225 IP 161 225 IP 179 225 IP 225 IP I0 I1 L0 L1 M0 M1 216 IP IP IP 4.74 LSR 1 LSR 2 LER 1 LER 2 IP- сеть 1 IP- сеть 2 J1 J0 K0 K1 Раздел 4. Глобальные сети 334 признак дна стека S будет установлен в 1. Далее этот пакет направляется на интерфейс I1, через который он попадёт в маршрутизатор LSR1. В соответствии с таблицей продвижения LSR1 поступивший по интерфейсу J0 пакет с меткой 129 должен быть направлен в выходной интерфейс J1, при этом метка 129, находящаяся в вершине стека, должна быть заменена на 174 (действие Swap 174). В маршрутизаторе LSR2 будет удалена (действие Pop) верхняя метка 174, а в пограничном маршрутизаторе LER2 метка 216 будет заменена на 225 (действие Swap 225). Дальнейшее продвижение пакета и изменения MPLS-заголовка происходят аналогичным образом (см. рис 4.74). 4.6. Пример передачи данных в составной сети В заключение рассмотрим подробный пример, иллюстрирующий процесс формирования протокольных блоков данных на разных уровнях управления передачей данных в составной сети (рис.4.76), использующей стек протоколов TCP/IP. Составная сеть с помощью трёх маршрутизаторов (Мш1, Мш2, Мш3) объединяет сеть АТМ-сеть, Х.25 и 5 локальных сетей Ethernet (Eth1, Eth2, Eth3, Eth4, Eth5), к которым подключены пользователи (компьютеры) A, B, C, D, E. 4.6.1. Система обозначений Введём следующие обозначения • IP- и МАС-адрес компьютера: IP.<имя компьютера> MAC.<имя компьютера> • IP- и МАС-адрес порта маршрутизатора: IP.<номер маршрутизатора>.<номер порта> MAC.<номер маршрутизатора>.<номер порта> А Мш1 Мш2 Мш3 B C E D ATM Eth1 Х.25 Eth2 Eth3 Eth4 Eth5 4.76 Раздел 4. Глобальные сети 335 • заголовок используемого в сети кадра (пакета, ячейки): З_<имя сети> Например: • IP- и МАС-адрес компьютера А будут иметь вид: IP.А и MAC.А, • IP- и МАС-адрес порта 2 маршрутизатора Мш1 будут иметь вид: IP.1.2 и MAC.1.2 • заголовок используемого в сети Eth1 кадра: З_Eth1 Рассмотрим поэтапно, как изменяется протокольный блок данных в зависимости от среды передачи в процессе доставки данных от узла (компьютера) А к узлу В. Для определённости положим, что для передачи данных из конца в конец используется транспортный протокол UDP. 4.6.2. Формирование данных в узле - источнике 1. Данные, подлежащие передаче, направляются от соответствующего приложения, реализуемого на прикладном уровне в компьютере А, на транспортный уровень, где формируется UDP- дейтаграмма (рис.4.77,а), в заголовке З_UDP которой указываются номера двух портов – получателя (П:В) и отправителя (П:А). 2. UDP-дейтаграмма передаётся протоколу IP, который вкладывает её в IP-пакет (рис.4.77,б), в заголовке З_IP которого указываются IP-адреса получателя (IP.B) и отправителя (IP.A). 3. IP-пакет поступает на канальный уровень реализуемого в компьютере А стека протоколов, где вкладывается в кадр сети Ethernet, поскольку компьютер А принадлежит сети Eth1. Так как компьютер В не подключён к сети Eth1, компьютер А обращается к таблице маршрутизации и определяет, что для передачи кадра следует IP-пакет З_IP Данные … П:А П:В … IP.А IP.В Данные … П:А П:В UDP-дейтаграмма З_UDP UDP-дейтаграмма Ethernet-кадр … MAC.А MAC.1.1 З_Eth1 КС IP-пакет Данные … П:А П:В … IP.А IP.В 4.77 а) б) в) Раздел 4. Глобальные сети 336 использовать шлюз, которым является маршрутизатор Мш1. Тогда в заголовке кадра З_Eth1 в качестве МАС-адреса назначения указывается адрес порта 1 маршрутизатора Мш1 – МАС.1.1, с которым связана ЛВС Eth1, и МАС-адрес компьютера А – MAC.А, являющегося узлом- отправителем кадра (рис.4.77,в). Концевик кадра содержит контрольную сумму ( |