7 организация межсетевого взаимодействия в локальной сети. Организация межсетевого взаимодействия подразделений предприятия. Учрежденческая ISDN АТС
^ ОРГАНИЗАЦИЯ МЕЖСЕТЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
3.1. Принципы согласования гетерогенных сетей
При организации взаимодействия двух или более компьютеров для получения работоспособной сети достаточно использование базовой сетевой технологии.
Базовая сетевая технология - это согласованный набор протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Примерами базовых технологий могут служить такие технологии, как Ethernet или Token Ring.
Имея программные и аппаратные средства, а также среду передачи данных, соответствующие одной базовой технологии, и объединив их в соответствии с требованиями стандарта с помощью данной технологии, можно организовать информационный обмен нескольких компьютеров. Протоколы и оборудование сетей, построенных на основе базовых технологий, специально разрабатываются для совместной работы, что избавляет от необходимости использовать дополнительные средства для организации их взаимодействия.
Появление новых стандартов и технологий не обозначает массовый переход всех систем только на эти технологии. Дело в том, что процесс модернизации обычно требует немалых затрат, связанных как со стоимостью нового оборудования и программного обеспечения, так и, например, с теми убытками, которые понесет организация в результате «простоя», вызванного установкой, настройкой и проверкой работоспособности закупленного сетевого оборудования и программного обеспечения. Поэтому, на практике существование рядом сетей, использующих различные поколения одной и той же технологии, - явление вполне уместное.
Весьма актуальной остается задача, когда требуется организовать взаимодействие подобных сетей, объединенных в одну составную сеть. При этом, т. е. при построении составных сетей, включающих в себя подсети, организованные с использованием различающихся базовых технологий, встает проблема согласования между собой различных базовых технологий, а также различных «версий» реализации этих технологий.
Оборудование, разработанное для работы в сети, основанной на одной технологии, зачастую оказывается далеко не всегда совместимым между собой. Это связано с тем, что производители сетевого оборудования используют свои собственные фирменные стандарты, которые не всегда полностью идентичны официальным. Происходить такое может в результате неточной, ошибочной реализации официальных стандартов либо в результате попыток эти стандарты улучшить (расширить), т. е. внести новые дополнительные функции или свойства, призванные улучшить работы производимого оборудования.
Поэтому при объединении подсетей, использующих сетевое оборудование разных фирм, иногда возникает необходимость выбора: либо установка нового оборудования только от одного производителя, либо переконфигурация всего имеющегося оборудования на работу по стандартным протоколам и технологиям, чтобы оно стало совместимо с оборудованием других производителей.
Другой сложностью, возникающей при объединении нескольких сетей, использующих различные технологии и архитектуры, является применение в этих сетях различных стеков протоколов.
В США попытка перевести все сети на единый стек протоколов OSI не увенчалась большим успехом. Это можно объяснить тем, что в сети Интернет стандартом де-факто стал стек TCP/IP, а кроме того, стеки IPX/SPX, NetBEUI и ряд других все еще не потеряли своей популярности.
Для согласования протоколов, принадлежащих разным стекам, используются три основных метода:
инкапсуляция;
трансляция;
мультиплексирование.
Инкапсуляция (или туннелирование) протоколов - метод согласования разнородных сетей, использующих различные технологии транспортировки данных. Данный метод применяется, если нужно организовать обмен данными между двумя сетями, построенными по одинаковой технологии. Такие сети могут быть связаны не непосредственно, а посредством других промежуточных сетей, использующих отличные технологии построения сетей. Метод инкапсуляции, применяемый в этом случае, использует промежуточные сети в качестве транзитных, передавая информацию через них посредством их же транспортных средств.
Принцип инкапсуляции протоколов имеет сходство с принципом инкапсуляции пакетов при их продвижении по стеку протоколов. Пакеты транспортного протокола, которые нужно переслать через транзитную сеть, инкапсулируются в пакеты транспортного протокола этой транзитной сети. После прохождения промежуточной, транзитной сети происходит обратный процесс - полученные пакеты декапсулируются и пересылаются непосредственно адресату.
Инкапсуляция может быть использована для транспортных протоколов любого уровня и зачастую является наиболее простым и быстрым решением среди остальных методов согласования протоколов. Однако инкапсуляция не обеспечивает возможности взаимодействия с узлами транзитной сети.
Метод трансляции обеспечивает согласование двух протоколов за счет конвертирования формата сообщений, поступающих из одной сети, в формат другой сети. Задачи трансляции обычно берут на себя аппаратно-технические средства, служащие для организации межсетевого взаимодействия.
Сложность выполнения трансляции зависит от степени различий транслируемых протоколов между собой, от используемых этими протоколами систем адресации и представления данных. Например, конвертирование сообщения Ethernet в сообщение Token Ring выполняется достаточно просто, поскольку они используют одинаковую систему адресации пакетов.
К числу преимуществ трансляции перед другими методами можно отнести:
отсутствие необходимости устанавливать дополнительное программное обеспечение на рабочих станциях;
упрощение процессов администрирования, поиска неисправностей и обеспечения сетевой безопасности за счет локализации места возникновения проблем, связанных с межсетевым взаимодействием.
транслятор представляет собой «узкое место» составной сети, так как через него должен проходить весь межсетевой обмен данными, и при увеличении числа пользователей, запрашивающих ресурсы другой подсети, уровень работоспособности сети может значительно упасть;
трансляция зачастую оказывается весьма трудоемким с точки зрения вычислительных мощностей методом, что может уменьшать фактическую скорость передачи данных.
При этом задачи определения, с использованием какого именно стека происходит обработка полученного сообщения, выполняются специальными программными средствами, называемыми мультиплексорами или менеджерами протоколов.
Таким образом, мультиплексор протоколов выполняет коммутацию пакетов между протоколами соседних уровней различных стеков.
Примером использования метода мультиплексирования протоколов может служить некий сервер, поддерживающий прикладные протоколы NCP и NFS и способный благодаря этому выполнять запросы рабочих станций, находящихся в сетях NetWare и Windows NT одновременно.
По сравнению с прочими методами согласования протоколов мультиплексирование позволяет избавиться от «узкого места» сети, а значит, и от задержек, возникающих в результате ожидания очереди на обработку.
Однако при этом страдает простота администрирования и контроля работоспособности сети. Кроме того, данный метод требует установки на рабочие станции дополнительных стеков протоколов.
^ 3.2. Маршрутизация пакетов
3.2.1. Принципы маршрутизации пакетов
Под термином «маршрутизация пакетов» можно понимать некий механизм, позволяющий осуществить передачу пакета с одного узла составной сети на другой.
Как уже говорилось ранее, локальная сеть может быть разделена на две подсети с помощью таких сетевых устройств, как мосты и коммутаторы. Однако, очевидно, что эти же устройства могут использоваться и для объединения двух и более сетей в единую составную сеть.
Мосты и коммутаторы относятся к средствам физического и канального уровня сетевой модели 051. В силу этого, объединенная с их помощью сеть будет иметь ряд ограничений и недостатков, связанных с базовыми технологиями, по которым построены входящие в нее подсети.
Прежде всего, топология составной сети, построенной с использованием сетевого оборудования первого и второго уровней модели 051, не должна содержать петель, т. е. между отправителем и получателем всегда должен существовать только один единственный путь или маршрут. Такое ограничение существенно снижает надежность сети из-за отсутствия резервных маршрутов пересылки данных.
Кроме того, возникают проблемы, связанные с системой адресации, необходимой для обеспечения обмена данными между любыми узлами составной сети. Система физических адресов, используемая на нижних уровнях сетевой модели, в масштабах составной сети оказывается недостаточно гибкой и удобной.
Возникает и ряд других сложностей, связанных с разнородностью объединенных сетей.
Решением этих проблем стало использование маршрутизаторов - аппаратных и программных средств, способных выполнять функции третьего, сетевого уровня модели 051.
Сетевое оборудование первых двух и третьего уровня использует различную информацию в процессе ее перемещения от источника к адресату, т. е. выполняет схожие задачи, но принципиально разными способами.
Объединение разнородных подсетей с помощью маршрутизаторов (рис. 3.1) допускает наличие петель в топологии сети. Обыч-
Рис. 3.1.
Объединение гетерогенных подсетей в составную
но в сложных составных сетях практически всегда существует несколько альтернативных маршрутов, по которым возможна передача данных между двумя узлами. Кроме того, крупные составные сети могут включать в себя сети различных масштабов - от локальных до территориально-распределенных глобальных сетей.
Маршрутом пересылки пакета с одного узла составной сети на другой является порядок прохождения этим пакетом транзитных сетей, соединяющих сети, в которых расположены источник и адресат данного пакета.
Составные сети, в которых требуется маршрутизация пакета на сетевом уровне, должны быть объединены между собой посредством маршрутизаторов. Поэтому маршрутом пересылки пакета по сети можно назвать последовательность маршрутизаторов, через которые этот пакет будет переправлен в процессе следования к своему адресату.
Маршрутизация пакетов включает в себя две основные задачи:
определение оптимального маршрута пересылки пакета по составной сети;
собственно пересылка пакета по сети.
Однако такая информация, особенно в сложных и крупных сетях, оказывается весьма громоздкой и неудобной для осуществления по ней поиска с целью выбора подходящего маршрута.
Поэтому ни узел, отправивший пакет, ни какой-либо промежуточный маршрутизатор на пути их следования не хранят информацию обо всем маршруте пакета целиком. Узел-отправитель, а также каждый маршрутизатор знают лишь адрес маршрутизатора, на который нужно направить пакет, чтобы он был доставлен по назначению. Другими словами, маршрутизатор знает, что определенный пункт назначения может быть достигнут по оптимальному пути за счет отправки пакета определенному маршрутизатору, который знает адрес следующего на пути к конечному пункту назначения маршрутизатора.
Таким образом, процесс маршрутизации состоит в определении следующего узла в пути следования пакета и пересылки пакета этому узлу. Такой узел называют хопом (от англ. Иор - прыжок, скачок). Действительно, передача пакета по составной сети происходит своего рода скачками от маршрутизатора к маршрутизатору.
Информация, ставящая в соответствие конечному адресу назначения пакета адрес маршрутизатора, на который нужно дальше отправить пакет для достижения адреса назначения, хранится в специальной таблице маршрутов (табл. 3.1), которая размещается на маршрутизаторе.
Запись таблицы маршрутов обычно содержит следующие элементы:
поле, содержащее адрес сети назначения;
поле, содержащее адрес следующего по ходу следования пакета маршрутизатора;
вспомогательные поля.
При этом своя таблица маршрутов, даже самая элементарная, должна быть на каждом хосте.
Чтобы информация о маршрутах оставалась актуальной и соответствовала действительно существующим маршрутам, мар-
^
Таблица 3.1.
Пример таблицы маршрутов программного маршрутизатора операцией ной системы Windows ХР
| Сетевой адрес | Маска сети | Адрес шлюза | Интерфейс | Метри ка |
| 0.0.0.0 | 0.0.0.0 | 192.168.0.1 | 192.168.0.167 | 20 |
| 127.0.0.0 | 255.0.0.0 | 127.0.0.1 | 127.0.0.1 | 1 |
| і 92.168.0.0 | 255.255.255.0 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | 20 |
| 192.168.0.167 | 255.255.255.255 | 127.0.0.1 | 127.0.0.1 | 20 |
| 192.168.0.255 | 255.255.255.255 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | 20 |
| 224.0.0.0 | 240.0.0.0 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | 20 |
| 255.255.255.255 | 255.255.255.255 | 192.168.0.167 | 192.168.0.167 | I |
шрутизаторы в процессе своей работы по специальным протоколам обмениваются сообщениями, содержащими информацию об обнаруженных изменениях в топологии сети, например в результате разрыва какой-либо связи, а, следовательно, и об изменениях в допустимых маршрутах. На основе таких сообщений маршрутизаторы производят обновления таблиц маршрутов.
Выбор того или иного маршрута из таблицы происходит на основе применяемого данным маршрутизатором алгоритма маршрутизации, базирующегося на различных критериях.
3.2.2. Алгоритмы маршрутизации
Алгоритмы маршрутизации могут различаться по нескольким характеристикам:
по задачам, решаемым алгоритмом;
по принципу сбора и представления информации о сети;
по методу расчета оптимального маршрута.
выбираемый маршрут должен быть наиболее оптимальным;
реализация алгоритма должна быть простой, а его функционирование не требовательным к вычислительным мощностям;
алгоритм должен обладать высокой отказоустойчивостью;
адаптация работы алгоритма к изменяющимся условиям должна происходить как можно быстрее.
по актуальности используемых маршрутов:
по принципу обмена маршрутной информацией:
по количеству определенных маршрутов:
по используемой структуре маршрутизации:
по отношению к домену:
Статические алгоритмы маршрутизации основаны на ручном составлении таблиц маршрутизации администратором сети и обычно применяются в небольших сетях с простой топологией связей.
В динамических или адаптивных алгоритмах таблицы маршрутизации, и соответственно, сами маршруты постоянно обновляются в соответствии с меняющейся топологией сети.
Алгоритмы состояния канала отличаются от дистанционно-векторных в зависимости от того, куда и какая маршрутная информация рассылается. Рассылка маршрутной информации необходима для синхронизации таблиц маршрутов на всех маршрутизаторах сети. Алгоритмы состояния каналов рассылают обновленную маршрутную информацию небольшими порциями по всем направлениям. Дистанционно-векторные алгоритмы обмениваются сообщениями, содержащими большие объемы информации, однако обмен происходит только с соседними маршрутизаторами.
Различные алгоритмы могут определять один или несколько маршрутов для достижения какого-либо узла или подсети. В многомаршрутных алгоритмах каждому из возможных маршрутов в зависимости от его пропускной способности и других показателей назначается приоритет, на основании которого происходит выбор пути пересылки пакета. При этом обычно один маршрут является основным, а остальные - резервными.
Одноуровневые и иерархические алгоритмы работают в соответствующих системах маршрутизации. При этом в одноуровневой системе все маршрутизаторы равноправны по отношению друг к другу. Иерархическая маршрутизация основывается на разбиении большой сети на иерархически организованные подсети с собственной маршрутизацией внутри каждого уровня.
Системы маршрутизации могут обеспечивать выделение логических групп узлов, называемых доменами или областями. При этом отдельные алгоритмы маршрутизации могут действовать только в пределах доменов, другие же могут работать как в пределах доменов, так и между ними.
Для определения оптимальности того или иного маршрута алгоритмы используют показатели, характеризующие передачу данных по этому маршруту, например с точки зрения длины маршрута, качества канала связи и т. п. Такие показатели называются метриками маршрутов.
Более сложные алгоритмы в качестве метрик зачастую используют комбинацию нескольких показателей.
Наиболее распространенными метриками, используемыми в алгоритмах маршрутизации, являются:
длина маршрута - обычно это количество хопов, т. е. количество маршрутизаторов, через которые пакет должен пройти на пути к адресату;
надежность - степень отказоустойчивости канала связи либо соотношение возникающих ошибок к общему числу бит, передаваемых по этому каналу;
ширина полосы пропускания - характеризуется пропускной способностью канала связи;
задержка - время продвижения пакета от источника до пункта назначения с учетом загруженности сети, времени ожидания в очереди на обработку на маршрутизаторах;
физическое расстояние между узлами;
стоимость связи и т. д.
Для отслеживания изменений в топологии связей сети, изменений в существующих маршрутах и синхронизации таблиц маршрутизации среди маршрутизаторов и узлов сети используются протоколы обмена маршрутной информацией.
При этом эти протоколы могут основываться на дистанцион- но-векторных алгоритмах, примером использования которых является протокол RIP, имеющий реализации для работы в различных стеках протоколов, таких, как TCP/IP или IPX/SPX, или на алгоритмах состояния связей, например как протоколы IS-IS стека OSI, NLSP стека IPX/SPX, OSPF стека TCP/IP.
В глобальных сетях связь между ЛВС осуществляется посредством так называемых мостов.
Мосты представляют собой программно-аппаратные комплексы, которые соединяют ЛВС между собой, а также ЛВС и удаленные рабочие станции (PC), позволяя им взаимодействовать друг с другом для расширения возможностей сбора и обмена информацией.
Мост обычно определяется как соединение между двумя сетями, которые используют одинаковый протокол взаимодействия, одинаковый тип среды передачи и одинаковую структуру адресации.
Известна следующая типизация мостов:
ѕ внутренний/внешний;
ѕ выделенный/совмещенный;
ѕ локальный/удаленный.
Внутренний -- мост располагается на файловом сервере.
Внешний -- на рабочей станции. Внешние мосты и их ПО устанавливаются в рабочей станции, которая не загружена функциями файлового сервера. Поэтому внешний мост может передавать данные более эффективно, чем внутренний.
Выделенный мост -- это ПК, который используется только как мост и не может функционировать как рабочая станция.
Совмещенный -- может функционировать и как мост, и как рабочая станция одновременно. Преимущество: ограничиваются издержки на покупку дополнительного компьютера. Недостаток: ограничение возможностей рабочей станции, совмещенной с мостом. (Если программа «зависает» и вызывает остановку ПК, функционирующего как мост, программа моста также останавливает операции, что прерывает разделение данных между сетями, а также прерывает сеансы работы машин, которые связаны через мост с файловым сервером.)
Локальный мост передает данные между сетями, которые расположены в пределах ограничений кабеля по расстоянию. Локальные Мосты применяются в следующих случаях:
- - разделение больших сетей на подсети с целью увеличения быстродействия и уменьшения стоимости линий связи (рисунок 2.19).
Рисунок 2.19 - Пример разделения большой сети
Например, в одной организации различные отделы используют одну и ту же сеть. Поскольку большие сети медленнее малых, есть возможность выделить в небольшие подсети компактно расположенные отделы. Используя локальный мост, отделы, могут продолжать использовать данные таким образом, как если бы они работали в одной сети, приобретая при этом быстродействие и гибкость, присущие малой сети;
ѕ расширение физических возможностей сети (рисунок 2.20). Если сеть имеет максимально допустимое число узлов, поддерживаемое аппаратной схемой адресации, и есть необходимость в добавлении еще нескольких узлов, то для расширения такой сети используется мост. При этом возможно включение в сеть дополнительного файл-сервера;
Рисунок 2.20 - Расширение физических возможностей сети
- - объединение сетей в интерсеть. Чтобы пользователи каждой сети могли получить доступ к информации других сетей, необходимо связать эти сети, образуя интерсеть (рисунок 21).
Рисунок 2.21 - Пример интерсети
Удаленные мосты применяются, когда расстояние не позволяет соединять сети посредством кабеля, если ограничение по длине кабеля для локального моста будет превышено. Удаленный мост использует промежуточную среду передачи (телефонные линии) для соединения с удаленной сетью или удаленными PC. При связи сети с удаленной сетью необходимо установить мост на каждом конце соединения, а при связи сети с удаленным PC требуется только сетевой мост.
Основные подходы к организации межсетевого взаимодействия
В контексте межсетевого взаимодействия под термином «сеть» понимается совокупность компьютеров, общающихся друг с другом с помощью единого стека протоколов. Средства взаимодействия компьютеров в сети организованы в виде многоуровневой структуры - стека протоколов. В однородной сети все компьютеры используют один и тот же стек. Проблема возникает тогда, когда требуется организовать взаимодействие компьютеров, принадлежащих разным сетям в указанном выше смысле, то есть организовать взаимодействие компьютеров, на которых поддерживаются отличающиеся стеки коммуникационных протоколов.
Проблема межсетевого взаимодействия может иметь разные внешние проявления, но суть ее одна - несовпадение используемых коммуникационных протоколов. Например, эта проблема возникает в сети, в которой имеется только одна сетевая ОС, однако транспортная подсистема неоднородна из-за того, что сеть включает в себя фрагменты Ethernet, объединенные кольцом FDDI. Здесь в качестве взаимодействующих сетей выступают группы компьютеров, работающие по различным протоколам канального и физического уровня, например сеть Ethernet, сеть FDDI.
Равным образом проблема межсетевого взаимодействия может возникнуть в сети, построенной исключительно на основе технологии Ethernet, но в которой установлено несколько разных сетевых ОС. В этом случае все компьютеры и все приложения используют для транспортировки сообщений один и тот же набор протоколов, но взаимодействие клиентских и серверных частей сетевых служб осуществляется по разным протоколам прикладного уровня. В этом случае компьютеры могут быть отнесены к разным сетям, если у них различаются протоколы прикладного уровня, например компьютеры, использующие для доступа к файлам протокол 8MB, образуют сеть Windows NT, а компьютеры, использующие для доступа к файлам протокол NCP, - сеть NetWare. Конечно, эти сети могут сосуществовать независимо, передавая данные через общие транспортные средства, но не предоставляя пользователям возможности совместно использовать ресурсы. Однако если потребуется обеспечить доступ к данным файлового сервера Windows NT для клиентов NetWare, администратор сети столкнется с необходимостью согласования сетевых служб.
Задачи устранения неоднородности имеют некоторую специфику и даже разные названия в зависимости от того, к какому уровню модели OSI они относятся. Задача объединения транспортных подсистем, отвечающих только за передачу сообщений, обычно называется internetworking - образование интерсетей. Классическим подходом для ее решения является использование единого сетевого протокола, такого, например, как IP или IPX. Однако существуют ситуации, когда этот подход неприменим или нежелателен, и они будут рассмотрены ниже.
Другая задача, называемая interoperability , возникает при объединении сетей, использующих разные протоколы более высоких уровней - в основном прикладного и представительного. Будем называть это задачей согласования сетевых служб операционных систем, так как протоколы прикладного и представительного уровней реализуются именно этими сетевыми компонентами.
Кардинальным решением проблемы межсетевого взаимодействия могло бы стать повсеместное использование единого стека протоколов. И такая попытка введения единого стека коммуникационных протоколов была сделана в 1990 году правительством США, которое обнародовало программу GOSIP - Government OSI Profile, в соответствии с которой стек протоколов OSI предполагалось сделать общим для всех сетей, устанавливаемых в правительственных организациях США. Однако массового перехода на стек OSI не произошло. Тем временем в связи с быстрым ростом популярности Интернета стандартом де-факто становится стек протоколов TCP/IP. Но это пока не означает, что другие стеки протоколов полностью вытесняются протоколами TCP/IP. По-прежнему очень много сетевых узлов поддерживает протоколы IPX/SPX, DECnet, IBM SNA, NetBEUI, так что до единого стека протоколов еще далеко.
Самыми общими подходами к согласованию протоколов являются:
трансляция;
мультиплексирование;
инкапсуляция (туннелирование).
Трансляция
Трансляция обеспечивает согласование стеков протоколов путем преобразования сообщений, поступающих от одной сети в формат сообщений другой сети. Транслирующий элемент, в качестве которого могут выступать, например, программный или аппаратный шлюз, мост, коммутатор или маршрутизатор, размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником в их «диалоге». Термин «шлюз» обычно подразумевает средство, выполняющее трансляцию протоколов верхних уровней, хотя в традиционной терминологии Интернета шлюзом (gateway) называется маршрутизатор.
В зависимости от типа транслируемых протоколов процедура трансляции может иметь разную степень сложности. Так, преобразование протокола Ethernet в протокол Token Ring сводится к нескольким несложным действиям, главным образом благодаря тому, что оба протокола ориентированы на единую адресацию узлов. А вот трансляция протоколов сетевого уровня IP и IPX представляет собой гораздо более сложный, интеллектуальный процесс, включающий не только преобразование форматов сообщений, но и отображение адресов сетей и узлов, различным образом трактуемых в этих протоколах.
Трансляция протоколов прикладного уровня включает отображение инструкций одного протокола в инструкции другого, что представляет собой сложную логически неоднозначную интеллектуальную процедуру, которую можно сравнить с работой переводчика с одного языка на другой. Например, в файловой службе операционной системы NetWare (протокол NCP) определены следующие права доступа к файлу: read, write, erase, create, file scan, modify, access control, supervisory, а файловая служба UNIX (протокол NFS) оперирует совсем другим перечнем прав доступа: read, write, execute. Для некоторых из этих прав доступа существует прямое соответствие, для других же оно полностью отсутствует. Так, если клиент NCP назначает право доступа к файлу supervi sory или access control, то трансляция этих операций на язык протокола NFS не является очевидной. С другой стороны, в протоколе NCP отсутствует обычное для протокола NFS понятие монтирования файловой системы.
На рис. 10.10 показан шлюз, размещенный на компьютере 2, который согласовывает протоколы клиентского компьютера 1 в сети А с протоколами компьютера 3 в сети В. Допустим, что стеки протоколов в сетях А и В отличаются на всех уровнях. В шлюзе установлены оба стека протоколов.
Запрос от прикладного процесса клиентского компьютера сети А поступает на прикладной уровень его стека протоколов. В соответствии с этим протоколом на прикладном уровне формируется пакет (или несколько пакетов), в котором передается запрос на выполнение услуг некоторому серверу сети В. Пакет прикладного уровня перемещается вниз по стеку компьютера сети А, обрастая заголовками нижележащих протоколов, а затем передается по линиям связи в компьютер 2, то есть в шлюз.
Рис. 10.10. Принципы функционирования шлюза
На шлюзе обработка поступивших данных идет в обратном порядке, от протокола самого нижнего к протоколу самого верхнего уровня стека А. Затем пакет прикладного уровня стека сети А преобразуется (транслируется) в пакет прикладного уровня серверного стека сети В. Алгоритм преобразования пакетов зависит от конкретных протоколов и, как уже было сказано, может быть достаточно сложным. В качестве общей информации, позволяющей корректно провести трансляцию, может использоваться, например, информация о символьном имени сервера и символьном имени запрашиваемого ресурса сервера (в частности, это может быть имя каталога файловой системы). Преобразованный пакет от верхнего уровня стека сети В передается к нижним уровням в соответствии с правилами этого стека, а затем по физическим линиям связи в соответствии с протоколами физического и канального уровней сети В поступает в другую сеть к нужному серверу. Ответ сервера преобразуется шлюзом аналогично.
Шлюз реализует отношение «многие ко многим».
Достоинство шлюзов состоит в том, что они сохраняют в неизменном виде программное обеспечение на клиентских компьютерах. Пользователи работают в привычной среде и могут даже не заметить, что они получают доступ к ресурсам другой сети. Однако, как и всякий централизованный ресурс, шлюз снижает надежность сети. Кроме того, при обработке запросов в шлюзе возможны относительно большие временные задержки, во-первых, из-за затрат времени на собственно процедуру трансляции, а во-вторых, из-за задержек запросов в очереди к разделяемому всеми клиентами шлюзу, особенно если запросы поступают с большой интенсивностью. Это делает шлюз плохо масштабируемым решением. Правда, ничто не мешает установить в сети несколько параллельно работающих шлюзов.
Мультиплексирование стеков протоколов
Другой подход к согласованию протоколов получил название мультиплексирования стеков протоколов. Он заключается в том, что в сетевое оборудование или в операционные системы серверов и рабочих станций встраиваются несколько стеков протоколов. Это позволяет клиентам и серверам выбирать для взаимодействия тот протокол, который является для них общим.
Сравнивая мультиплексирование с уже рассмотренной выше трансляцией протоколов, можно заметить, что взаимодействие компьютеров, принадлежащих разным сетям, напоминает общение людей, говорящих на разных языках (рис. 10.12). Для достижения взаимопонимания они также могут использовать два подхода: пригласить переводчика (аналог транслирующего устройства) или перейти на язык собеседника, если они им владеют (аналог мультиплексирования стеков протоколов).
Рис. 10.12. Два варианта согласования протоколов: трансляция протоколов (а), мультиплексирование стеков протоколов (б)
При мультиплексировании стеков протоколов на один из двух взаимодействующих компьютеров с различными стеками протоколов помещается коммуникационный стек другого компьютера.
Предпосылкой для развития технологии мультиплексирования стеков протоколов стало появление строгих открытых описаний протоколов различных уровней и межуровневых интерфейсов, так что фирма-производитель при реализации «чужого» протокола может быть уверена, что ее продукт будет корректно взаимодействовать с продуктами других фирм по данному протоколу, этот протокол корректно впишется в стек и с ним будут нормально взаимодействовать протоколы соседних уровней.
Мультиплексирование протоколов реализует отношение «один ко многим», то есть один клиент с дополнительным стеком может обращаться ко всем серверам, поддерживающим этот стек, или один сервер с дополнительным стеком может предоставлять услуги многим клиентам.
При мультиплексировании протоколов дополнительное программное обеспечение - соответствующие стеки протоколов - должно быть установлено на каждый компьютер, которому может потребоваться доступ к нескольким различным сетям. В некоторых операционных системах имеются средства борьбы с избыточностью, свойственной этому подходу. Операционная система может быть сконфигурирована для работы с несколькими стеками протоколов, но динамически загружаются только нужные.
С другой стороны, избыточность повышает надежность системы в целом, отказ компьютера с установленным дополнительным стеком не ведет к потере возможности межсетевого взаимодействия для других пользователей сети.
Важным преимуществом мультиплексирования является меньшее время выполнения запроса, чем при использовании шлюза. Это связано, во-первых, с отсутствием временных затрат на процедуру трансляции, а во-вторых, с тем, что при мультиплексировании на каждый запрос требуется только одна сетевая передача, в то время как при трансляции - две: запрос сначала передается на шлюз, а затем из шлюза на ресурсный сервер.
В принципе, при работе с несколькими стеками протоколов у пользователя может возникнуть проблема работы в незнакомой среде, с незнакомыми командами, правилами и методами адресации. Чаще всего разработчики операционных систем стремятся в какой-то степени облегчить жизнь пользователю в этой ситуации. Независимо от используемого протокола прикладного уровня (например, 8MB или NCP) ему предоставляется один и тот же интуитивно понятный графический интерфейс, с помощью которого он просматривает и выбирает нужные удаленные ресурсы.
В табл. 10.1 приведены сравнительные характеристики двух подходов к реализации межсетевого взаимодействия.
Таблица 10.1. Сравнение методов трансляции и мультиплексирования протоколов
|
Метод |
Достоинства |
Недостатки |
|
Мультиплексирование протоколов |
Более быстрый доступ; повышение надежности взаимодействия за счет установки стека на нескольких узлах сети; хорошо масштабируемое средство |
Усложнение администрирования и контроля доступа; высокая избыточность, требующая дополнительных ресурсов от рабочих станций; менее удобно для пользователя, чем шлюзы |
|
Трансляция протоколов (шлюзы, маршрутизаторы, коммутаторы) |
Сохранение привычной среды пользователей; отсутствие необходимости в дополнительном программном обеспечении на рабочих станциях; локализация всех проблем межсетевого взаимодействия; обеспечение возможности доступа к «чужим» ресурсам сразу для нескольких клиентов |
Замедление работы; снижение надежности; плохая масштабируемость; необходимость в двух сетевых передачах для выполнения одного запроса |
Инкапсуляция протоколов
Инкапсуляция (encapsulation), или туннелирование (tunneling), - это еще один метод решения задачи согласования сетей, который, однако, применим только для согласования транспортных протоколов и только при определенных ограничениях. Инкапсуляция может быть использована, когда две сети с одной транспортной технологией необходимо соединить через транзитную сеть с другой транспортной технологией.
В процессе инкапсуляции принимают участие три типа протоколов:
протокол-«пассажир»;
несущий протокол;
протокол инкапсуляции.
Транспортный протокол объединяемых сетей является протоколом-пассажиром, а протокол транзитной сети - несущим протоколом. Пакеты протокола-пассажира помещаются в поле данных пакетов несущего протокола с помощью протокола инкапсуляции. Пакеты протокола-пассажира никаким образом не обрабатываются при транспортировке их по транзитной сети. Инкапсуляцию выполняет пограничное устройство (обычно маршрутизатор или шлюз), которое располагается на границе между исходной и транзитной сетями. Извлечение пакетов-пассажиров из несущих пакетов выполняет второе пограничное устройство, которое находится на границе между транзитной сетью и сетью назначения. Пограничные устройства указывают в несущих пакетах свои адреса, а не адреса узлов назначения.
В связи с большой популярностью Интернета и стека TCP/IP несущим протоколом транзитной сети все чаще выступает протокол IP, а в качестве протоколов-пассажиров - все остальные протоколы локальных сетей (как маршрутизируемые, так и не маршрутизируемые).
В пограничных маршрутизаторах, соединяющих сети IPX с транзитной сетью IP, работают протоколы IPX, IP и дополнительный протокол - протокол инкапсуляции IPX в IP. Этот протокол извлекает пакеты IPX из кадров Ethernet и помещает их в дейтаграммы UDP или TCP (на рисунке выбран вариант с TCP). Затем несущие IP-пакеты направляются другому пограничному маршрутизатору. Протокол инкапсуляции должен иметь информацию о соответствии IPX-адреса удаленной сети IP-адресу пограничного маршрутизатора, обслуживающего эту сеть. Если через IP-сеть объединяется несколько IPX-сетей, то должна быть таблица соответствия всех IPX-адресов IP-адресам пограничных маршрутизаторов.
Инкапсуляция может быть использована для транспортных протоколов разного уровня. Например, протокол сетевого уровня Х.25 может быть инкапсулирован в протокол транспортного уровня TCP или же протокол сетевого уровня IP может быть инкапсулирован в протокол сетевого уровня Х.25. Существуют протоколы инкапсуляции трафика РРР через сети IP.
Обычно инкапсуляция приводит к более простым и быстрым решениям по сравнению с трансляцией, так как решает более частную задачу, не обеспечивая взаимодействия с узлами транзитной сети. Помимо согласования транспортных технологий инкапсуляция используется для обеспечения секретности передаваемых данных. При этом исходные пакеты-пассажиры шифруются и передаются по транзитной сети с помощью пакетов несущего протокола.
На предприятии используется глобальная компьютерная сеть, которая охватывает большие территории и включающая в себя большое число компьютеров.
Глобальная компьютерная сеть служит для объединения разрозненных сетей так, чтобы пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаимодействовать со всеми остальными участниками глобальной сети. На каждом компьютере есть выход в интернет, но с ограниченным доступом к социальным сетям.
Компьютерные сети – это системы компьютеров, объединенных каналами передачи данных, обеспечивающие эффективное предоставление различных информационно-вычислительных услуг пользователям посредством реализации удобного и надежного доступа к ресурсам сети.
Информационные системы, использующие возможности компьютерных сетей, обеспечивают выполнение следующих задач:
1. Хранение и обработка данных
2. Организация доступа пользователей к данным
3. Передача данных и результатов обработки пользователям
Эффективность решения перечисленных задач обеспечивается:
1. Дистанционным доступом пользователей к аппаратным, программным и информационным ресурсам
2. Высокой надежностью системы
3. Возможностью оперативного перераспределения нагрузки
4. Специализацией отдельных узлов сети для решения определенного класса задач
5. Решением сложных задач совместными усилиями нескольких узлов сети
6. Возможностью осуществления оперативного контроля всех узлов сети
Виды компьютерных сетей:
1. Локальные (ЛВС, LAN-Local Area Network)
2. Региональные (РВС, MAN – Metropolitan Area Network)
3. Глобальные (ГВС, WAN – Wide Area Network)
В локальной сети абоненты находятся на небольшом (до 10-15 км) расстоянии.
Глобальные сети соединяют абонентов, удаленных друг от друга на значительное расстояние, расположенных в разных странах, или разных континентах.
По признакам организации передачи данныхкомпьютерные сети можно разделить на две группы:
1. последовательные;
2. широковещательные.
В последовательных сетях передача данных осуществляется последовательно от одного узла к другому. Каждый узел ретранслирует принятые данные дальше. Практически все виды сетей относятся к этому типу. В широковещательных сетях в конкретный момент времени передачу может вести только один узел, остальные узлы могут только принимать информацию.
Топология представляет физическое расположение сетевых компонентов (компьютеров, кабелей и др.). Выбором топологии определяется состав сетевого оборудования, возможности расширения сети, способ управления сетью.
Существуют следующие топологии компьютерных сетей:
1. шинные (линейные, bus);
2. кольцевые (петлевые, ring);
3. радиальные (звездообразные, star);
4. смешанные (гибридные).
Практически все сети строятся на основе трех базовых топологий:топологии «шина», «звезда» и «кольцо». Базовые топологии достаточно просты, однако на практике часто встречаются довольно сложные комбинации, сочетающие, свойства и характеристики нескольких топологий.
В топологии «шина», или «линейная шина» (linear bus), используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, к которомуподключены все компьютеры сети. Эта топология является наиболее простой и распространенной реализацией сети.
Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, производительность сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, тем медленнее сеть.
Зависимость пропускной способности сети от количества компьютеров в ней не является прямой, так как, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество других факторов: тип аппаратного обеспечения, частота передачи данных, тип сетевых приложений, тип сетевого кабеля, расстояние между компьютерами в сети.
«Шина» является пассивной топологией - компьютеры только«слушают» передаваемые по сети, данные, но не передают их от отправителя к получателю. Выход из строя какого-либо компьютера не оказывает влияния на работу всей сети. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы с последующей передачей их по сети.
Основой последовательной сети с радиальной топологией (топологией «звезда») является специальный компьютер - сервер, к которому подключаются рабочие станции, каждая по своей линии связи.
Всяинформация передается через сервер, в задачи которого входит ретрансляция, переключение и маршрутизация информационных потоков в сети. Такая сеть является аналогом системы телеобработки, в которой все абонентские пункты содержат в своем составе компьютер.
Недостатками такой сети являются:
· высокие требования к вычислительным ресурсам центральной аппаратуры,
· потеря работоспособности сети при отказе центральной аппаратуры,
· большая протяженность линий связи,
· отсутствие гибкости в выборе пути передачи информации если выйдет из строя рабочая станция (или кабель, соединяющий ее сконцентратором), то лишь эта станция не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные рабочие станции в сети этот сбой не повлияет.
При использовании топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Сигналы передаются в одном направлении и проходят через каждый компьютер. Каждый компьютер является повторителем, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.
Способ передачи данных по кольцевой сети называется передачей маркера. Маркер последовательно, от компьютера к компьютеру, передается до тех пор, пока его не получит тот компьютер, который должен передать данные. Передающий компьютер добавляет к маркеру данные и адрес получателя и отправляет его дальше по кольцу.
Данные передаются через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. Далее принимающий компьютер посылает передающему сообщение - подтверждение о приеме данных. Получив сообщение - подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.
На предприятие используется топология типа общая шина, которая представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.
Отправляемое какой-либо рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет, кому адресовано сообщение - если сообщение адресовано ей, то обрабатывает его. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Для того чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» «МАРКЕР» остальным компьютерам такой сети.
Достоинства:
1. Небольшое время установки сети;
2. Дешевизна (требуется кабель меньшей длины и меньше сетевых устройств);
3. Простота настройки;
4. Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети.
Недостатки:
2. Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля или выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети;
3. Затрудненность выявления неисправностей;
4. С добавлением новых рабочих станций падает общая производительность сети.
Обмен данными между сотрудниками на предприятии происходит с помощью Viber.
Viber - новое уникальное приложение, доступное каждому пользователю смартфона или компьютера. Viber –звонки, и возможность отправлять голосовые сообщения и видеофайлы, и многое другое.
| | 3 | |
Межсетевое взаимодействие необходимо для абонентов ISDN с целью связи с абонентами других сетей, как показано на рис. 2.21. Некоторое время проблема организации межсетевого взаимодействия между ISDN и другими сетями была сложной.
Несмотря на использование ISDN в различных государственных структурах, услуги и атрибуты услуг могут отличаться.
Типичные функции межсетевого взаимодействия включают:
- преобразование между различными системами нумерации;
- адаптацию электрических характеристик различных сетей;
- преобразование между различными системами сигнализации, обычно называемое отображением;
- преобразование между различной техникой модуляции.
2.8.1. Взаимодействие с PSTN
Основные проблемы взаимодействия, возникающие при связи между ISDN и телефонной сетью общего пользования (PSTN), обусловлены несовместимостью систем сигнализации и методов передачи.
В ISDN детальная информация о запрашиваемой услуге и совместимости терминалов может передаваться вне канала через сеть от терминала к терминалу. Это является характеристикой систем сигнализации, применяемых в ISDN. "Вне канала" означает, что информация сигнализации и пользовательская информация передаются по отдельным путям. Системы сигнализации, используемые в PSTN, не имеют такой способности. Через PSTN в ISDN может быть передана только ограниченная информация о запрашиваемой услуге.
Кроме того, цифровые данные со скоростью 64 кбит/с или со скоростью, адаптированной к 64 кбит/с, передаются через ISDN со скоростью 64 кбит/с. Но в PSTN цифровые данные должны быть преобразованы в аналоговые посредством модема и переведены через PSTN как 3,1 кГц аудио – информация (рис. 2.22).
Рис. 2.22. Преобразование цифровых данных в аналоговые сигналы звуковой частоты
Прежде, чем передать сигналы в ISDN, аудио – информация 3,1 кГц должна быть преобразована в ИКМ – сигналы. В связи с использованием различной техники передачи возникает ситуация несовместимости. В настоящее время этой несовместимостью можно управлять (рис. 2.23).
Преобразование цифровых данных в ИКМ – кодированные аналоговые данные выполняется у потребителя с помощью модема. Аудио–информация 3,1 кГц переносится от ISDN-абонента через ISDN и PSTN к абоненту PSTN.
2.8.2. Взаимодействие с PSPDN
Трафик между ISDN и сетью передачи данных с коммутацией пакетов общего пользования (PSPDN) может быть представлен двумя способами, определенными CCITT как случай А и случай В.
В случае А терминалы, передающие пакеты в ISDN, соединяются с помощью информационных каналов с сетью коммутации пакетов. Пакетная коммутация используется в PSPDN даже для вызовов между двумя терминалами, передающими пакеты в ISDN.
В случае В используются средства пакетной коммутации в пределах ISDN. Функция "циклового манипулятора" на местной станции ISDN направляет и концентрирует пакетные данные, полученные по D – каналу, к Вd – каналам. Вd – канал является В – каналом, который содержит пакетные данные из 4 D – каналов. Содержимое Вd – каналов направляется через ISDN в "пакетный манипулятор", который соединяется с PSPDN, как показано на рис. 2.24.
2.8.3. Взаимодействие с СSPDN
Взаимодействие с сетью передачи данных с коммутацией каналов общего пользования также возможно. Коммутация может быть внедрена в CSPDN или внутри ISDN, как показано на рис. 2.25.
Другая возможность – это доступ к CSPDN через PSPDN.
