Родичев Ю.А. Компьютерные сети - архитектура, технологии, защита

Подождите немного. Документ загружается.

341

Магистральные территориальные сети (backbone wide-area

networks) используются для образования одноранговых связей

между крупными локальными сетями, принадлежащими боль-

шим подразделениям предприятия. Магистральные территори-

альные сети должны обеспечивать высокую пропускную способ-

ность, так как на магистрали объединяются потоки большого ко-

личества подсетей. Кроме того, магистральные сети должны быть

постоянно доступны, то есть обеспечивать очень высокий

коэф-

фициент готовности. Обычно в качестве магистральных сетей

используются цифровые выделенные каналы со скоростями от 2

до 622 Мбит/с. При наличии выделенных каналов для обеспече-

ния высокой готовности магистрали используется смешанная из-

быточная топология связей.

Под сетями доступа понимаются территориальные сети, не-

обходимые для связи небольших локальных сетей и отдельных

удаленных компьютеров

с центральной локальной сетью пред-

приятия. В качестве отдельных удаленных узлов могут также вы-

ступать банкоматы или кассовые аппараты, требующие доступа к

центральной базе данных для получения информации. Банкоматы

или кассовые аппараты обычно рассчитаны на взаимодействие с

центральным компьютером по сети Х.25, которая в свое время

специально разрабатывалась как сеть

для удаленного доступа не-

интеллектуального терминального оборудования к центральному

компьютеру.

К сетям доступа предъявляются требования, существенно от-

личающиеся от требований к магистральным сетям. Так как то-

чек удаленного доступа у предприятия может быть очень много,

одним из основных требований является наличие разветвленной

инфраструктуры доступа. Кроме того, стоимость удаленного дос-

тупа должна

быть умеренной, чтобы экономически оправдать за-

траты на подключение десятков или сотен удаленных абонентов.

При этом требования к пропускной способности у отдельного

компьютера или локальной сети, состоящей из двух-трех клиен-

тов, обычно укладываются в диапазон нескольких десятков кило-

бит в секунду. В качестве сетей доступа обычно применяются те-

лефонные

аналоговые сети, сети ISDN и реже – сети frame relay.

При подключении локальных сетей филиалов также используют-

ся выделенные каналы со скоростями от 19,2 до 64 Кбит/с.

342

Программные и аппаратные средства, которые обеспечивают

подключение компьютеров или локальных сетей удаленных

пользователей к корпоративной сети, называются средствами

удаленного доступа. Обычно на клиентской стороне эти средства

представлены модемом и соответствующим программным обес-

печением. Организацию массового удаленного доступа со сторо-

ны центральной локальной сети обеспечивает сервер удаленного

доступа (Remote Access Server, RAS). Сервер удаленного доступа

представляет собой программно-аппаратный комплекс, который

совмещает функции маршрутизатора, моста и шлюза. Серверы

удаленного доступа обычно имеют достаточно много низкоско-

ростных портов для подключения пользователей через аналого-

вые телефонные сети или ISDN. Очевидно, что для экономии мо-

демов можно не ставить на каждый компьютер центральной сети

отдельный модем, а организовать общий

пул модемов и сделать

его разделяемым ресурсом как для звонков из локальной сети, так

и для звонков извне. Разделяемый для пользователей локальный

пул модемов создается с помощью так называемого коммуника-

ционного сервера (Communication Server). Коммуникационный

сервер – это обычный компьютер или специализированное уст-

ройство, предоставляющее пользователям прозрачный доступ к

последовательным портам ввода-вывода,

к которым подключены

разделяемые модемы.

Сервер удаленного доступа обслуживает удаленных пользова-

телей, предоставляя им доступ к ресурсам локальной сети извне.

Именно это является основной задачей систем удаленного досту-

па. С этой точки зрения удаленный доступ можно определить как

эффективный способ разделения ресурсов централизованных

серверов между удаленными клиентами. В качестве удаленных

пользователей

могут выступать как отдельные компьютеры, так и

небольшие локальные сети (офисы) филиалов предприятия.

Общая схема удаленного доступа представлена на рисунке

10.4. Модемы обозначены буквой М, а маршрутизаторы буквой R.

Однако если удаленные компьютеры или офисы находятся в

других городах или странах, то описанная выше схема доступа

становится дорогой. Качественный скачок в расширении

воз-

можностей удаленного доступа произошел в связи со стреми-

тельным ростом популярности и распространенности Internet.

343

Транспортные услуги Internet дешевле, чем услуги междугород-

ных и международных телефонных сетей, а их качество быстро

улучшается. Поэтому стала возможной двухступенчатая связь

удаленных пользователей со своей корпоративной сетью. Снача-

ла удаленный пользователь через телефонный канал связывается

с местным поставщиком услуг Интернет, а затем через Интернет

соединяется со своей корпоративной сетью.

Рис. 10.4. Схема удаленного доступа

10.3. Сети и технологии Х.25

Сетями Х.25 называются сети, доступ к которым производит-

ся в соответствии с рекомендациями Международного консуль-

тативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ), пер-

вый вариант которой появился в 1976 г. Эта рекомендация опи-

344

сывает интерфейс доступа пользователя в сеть передачи данных

(СПД), а также интерфейс взаимодействия с удаленным пользо-

вателем через СПД. Передача данных в сети Х.25 производится

по протоколам, описанным в рекомендации Х.25. Главным дос-

тоинством протокола Х.25 явилось то, что он носил международ-

ный характер. По существу, это был первый шаг

к стандартиза-

ции сетевых служб. Протокол Х.25 разрабатывался во времена,

когда каналы и аппаратура передачи данных были медленными и

ненадежными, поэтому протокол предусматривает широкий

спектр средств обнаружения и исправления ошибок на канальном

уровне. В силу этого по сети передается большое количество

служебных пакетов, что приводит к некоторому снижению эф-

фективности сети

Несмотря на появление новых интегральных технологий сетей

связи, рассчитанных на высокоскоростные каналы связи, сети

Х.25 все еще являются наиболее распространенными СПД. Это

объясняется тем, что именно сети Х.25 с наибольшим основанием

можно сравнить с телефонными сетями. Установив соединение

компьютера с ближайшим узлом сети Х.25, можно связаться с

любым из многих

тысяч пользователей сетей Х.25 по всему миру

(для этого надо лишь знать его сетевой адрес), точно так же, как,

подняв трубку телефонного аппарата, подключенного к ближай-

шей АТС, можно соединиться практически с любым абонентом.

Технология Х.25 особенно актуальна для России и других стран,

где пока отсутствует развитая инфраструктура высокоскоростных

первичных

каналов связи.

На основе технологий Х.25 построено большинство эксплуа-

тируемых в настоящее время СПД с коммутацией пакетов, пред-

назначенных для организации и обеспечения надежной передачи

данных в условиях разветвленных территориальных сетей на базе

низко- и среднескоростных каналов. При этом за счет повторной

передачи искаженных кадров между каждой парой соседних уз-

лов

сети обеспечивается достоверная и упорядоченная передача

данных. Однако в сети с каналами низкого качества из-за повтор-

ных передач возникают нерегламентированные и непостоянные

задержки передаваемых данных, поэтому передача трафика, чув-

ствительного к задержкам (например, оцифрованного голоса), по

сетям Х.25 с удовлетворительным качеством невозможна.

345

DCE

PSE

DCE

PSE

PAD

PSE

DCE

DTE

Рис. 10.5. Схема соединения объектов сети Х.25

Спецификация Х.25 определяет двухточечное взаимодействие

между конечным оборудованием пользователей (DTE – data ter-

minal equipment; терминалы, компьютеры) и телекоммуникаци-

онным оборудованием (DCE – data circuit-terminal equipment).

Устройства DTE подключают к устройствам DCE (модемы), ко-

торые соединены с «коммутаторами переключения пакетов»

(PSE) и другими DCE внутри сети с коммутацией пакетов PSN и,

наконец, с другим устройством DTE. Взаимоотношения между

объектами сети

Х.25 показаны на рис. 10.5. DTE может быть тер-

миналом, который не полностью реализует все функциональные

возможности Х.25. Такие DTE подключают к DCE через транс-

ляционное устройство, называемое пакетный ассемб-

лер/дизассемблер (PAD).

Рекомендация Х.25 описывает три уровня протоколов: физи-

ческий, канальный и сетевой. Они реализуют функции соответст-

венно физического, канального, сетевого и частично транспорт-

ного уровней модели взаимодействия открытых систем OSI (Рис.

10.6).

346

Рис. 10.6. Соответсвие стека протоколов Х.25 модели OSI

Физический уровень, широко представленный в оборудова-

нии массового спроса, описывает уровни сигналов и логику

взаимодействия на уровне физического интерфейса.

Канальный уровень, также широко представленный в обо-

рудовании (например, в модемах), отвечает за эффективную и

надежную передачу данных в соединении «точка – точка», т. е.

между

соседними узлами сети Х.25. Уровень реализован прото-

колом Link Access Procedure, Balanced (LAPB), определяющим

кадрирование пакетов для звена DTE/DCE. На этом уровне осу-

ществляется защита от ошибок, управление потоком данных и,

кроме того, обеспечивается получение оптимального по скорости

передачи режима в зависимости от протяженности канала между

двумя точками (времени задержки в канале) и качества канала

(вероятности

искажения информации при передаче).

Для реализации указанных выше функций поток информации

разбивается на кадры (frame), каждый из которых представляет

347

собой организованную определенным образом последователь-

ность битов. Кадр обрамляется «флагами» (уникальными после-

довательностями битов, являющимися разделителем между кад-

рами), и состоит из служебных полей (поля адреса, поля управле-

ния с циклическим номером кадра, поля проверочной последова-

тельности кадра) и информационного поля для информационных

кадров. Длину кадра можно менять при настройке параметров

протокола к физическим характеристикам линии связи. Чем ко-

роче кадр, тем меньше вероятность его искажения при передаче.

С другой стороны, если линия хорошего качества, то информа-

цию лучше передавать более длинными кадрами, обеспечиваю-

щими уменьшение процента избыточной информации (флаги,

служебные поля кадра).

Пакет Уровень 3 Х.25

Уровень 2 Х.25

Кадр

Уровень 1 Х.25

Поток бит

Флаг

Поле

управления и

адреса кадра

Поле данных

Поле контроль-

ной

последо-

вательности

Флаг

Заголовок

пакета

Данные

пользователя

Рис. 10.7. Блоки данных Х.25

Наконец, на сетевом уровне, определяющем специфику сетей

Х.25, производится маршрутизация пакетов и доведение инфор-

мации от «точки входа» в сеть до «точки выхода» из нее. На этом

уровне информация разбивается на порции, называемые пакета-

ми. Уровень описывает форматы пакетов и процедуры обмена

348

пакетами между равноправными объектами этого уровня. Струк-

тура пакета во многом аналогична структуре кадра. При передаче

пакет помещается в поле данных информационного кадра (кадра

канального уровня).

Блок данных Х.25 состоит из последовательности полей, по-

казанной на рис. 10.7. Поля Х.25 уровня 3 образуют пакет Х.25 и

состоят из заголовка и данных пользователя. Поля

Х.25 уровня 2

включают в себя поле управления и адреса кадра, встроенный па-

кет уровня 3 (поле данных) и проверочную последовательность

блока данных (FCS).

В сетях Х.25 реализуется метод «коммутации пакетов», в со-

ответствии с которым перед передачей информации от одного

абонента к другому между ними сначала устанавливается вирту-

альное (логическое) соединение, т.

е. происходит обмен пакетами

«запрос вызова» – «вызов принят», после чего производится об-

мен информацией. Чтобы начать связь, один компьютер обраща-

ется к другому с запросом о сеансе связи. Вызванный компьютер

может принять или отклонить связь. Если вызов принят, то обе

системы могут начать передачу информации. Любая сторона мо-

жет в

любой момент прекратить связь.

Сквозная передача между устройствами DTE выполняется че-

рез двунаправленную связь, называемую виртуальной цепью.

Виртуальные цепи позволяют осуществлять связь между различ-

ными элементами сети через любое число промежуточных узлов.

После организации виртуальной цепи DTE отсылает пакет на

другой конец связи через DCE, используя соответствующую вир-

туальную цепь. DCE просматривает номер виртуальной цепи

для

определения маршрута этого пакета через сеть Х.25. Протокол

сетевого уровня Х.25 осуществляет мультиплексную передачу

между всеми DTE, которые обслуживает устройство DCE, распо-

ложенное в сети со стороны пункта назначения, в результате чего

пакет доставляется к DTE пункта назначения. Виртуальные со-

единения могут быть как постоянными, так и коммутируемыми,

когда соединение устанавливается под

каждый сеанс обмена ин-

формацией.

Доступ пользователей к сети Х.25 осуществляется в одном из

двух режимов – в пакетном или в монопольном. Доступ с персо-

нального компьютера (ПК) в сеть в пакетном режиме реализует-

349

ся путем установления в ПК специальной платы, обеспечиваю-

щей обмен данными в соответствии со стандартом Х.25. Под-

ключение ЛВС через сеть Х.25 осуществляется с помощью сете-

вых плат, или для этого могут использоваться мосты – маршрути-

заторы удаленного доступа, включенные в виде отдаленных уст-

ройств и поддерживающие протокол Х.25. Преимущество таких

устройств

по сравнению со встроенными в компьютер платами

(помимо большей производительности) состоит в том, что они не

требуют установки специального программного обеспечения, а

сопрягаются с ЛВС по стандартному интерфейсу локальной сети,

что позволяет реализовать более гибкие и универсальные реше-

ния. Подключение пользовательского оборудования к сети в па-

кетном режиме удобно, когда

требуется многопользовательский

доступ к этому оборудованию через сеть.

Подключение к сети Х.25 в монопольном режиме производит-

ся по стандартам Х. З, Х.28, Х.29, которые определяют функцио-

нирование специальных устройств доступа в сеть (PAD). Эти уст-

ройства используются для доступа в сеть абонентов в асинхрон-

ном режиме обмена информацией, т.е. через

последовательный

порт компьютера (непосредственно или с применением модемов).

Поля адресации в пакетах запроса на установление соедине-

ния содержат адреса DTE источника и пункта назначения. Их ис-

пользуют для организации виртуальных цепей. Адреса (называе-

мые также International Data Numbers, или IDN) имеют разную

длину, которая может составлять до 14 десятичных знаков. Чет-

вертый байт в пакете запроса на

установление соединения опре-

деляет длину адресов DTE источника и назначения. Формат адре-

са представлен на рис. 10.8.

DNIC NTN

4 бита 4 бита

Международный номер (IDN)

Длина адреса

вызываемого

DTE

Длина адреса

вызывающего

DTE

Страна

PSN

Номер

национального

терминала

Рис. 10.8. Формат адреса сети Х.25

350

Адресация в сетях Х.25 осуществляется в соответствии с ре-

комендацией МККТТ Х.121, согласно которой полный сетевой

адрес имеет следующий вид (записывается как единое число без

пробелов и служебных символов):

CCCCXXXXYYYYZZ

Первые четыре цифры IDN (СССС) называются код иденти-

фикации сети (DNIC – Data Network Identification Code). Он поде-

лен на три части. Первая цифра определяет код региона (1 –

Океания, 2 – Европа, 3 – Северная Америка, 4 – Азия, 5 – Австра-

лия, 6 – Африка, 7 – Южная Америка). Две следующие цифры

определяют страну, где находится сеть PSN (для стран СНГ это

50). Четвертая цифра определяет код национальной сети (Для

России, например: 0 – ROSPAC, 1 – SPRINT, 3 – MMTELNET, 4 –

INFOTEL, 6 – ROSNET).

Последовательность цифр XXXXYYYYZZ называются номе-

ром национального терминала (NTN-national terminal number),

используемого для идентификации определенного DTE в сети

(внутрисетевой адрес). Здесь обычно: XXXX – номер

узла, YYYY

– номер линии на узле, ZZ – подадрес абонента.

Метод коммутации пакетов, лежащий в основе сетей Х.25,

определяет их основные преимущества. На сегодняшний день на-

коплен большой опыт использования сетей Х.25, который пока-

зывает, что они эффективны для широкого круга задач передачи

данных: обмен сообщениями, обращение большого количества

пользователей к удаленной базе

данных, связь локальных сетей,

объединение удаленных кассовых аппаратов и банкоматов и пр.

Немаловажным достоинством сетей Х.25 является то, что по

ним можно передавать данные по каналам телефонной сети об-

щего пользования, как выделенным, так и коммутируемым с мак-

симальной для этих каналов скоростью и достоверностью. Кроме

того, сети Х.25 предоставляют возможность

связи через обычные

асинхронные СОМ-порты. Таким образом, практически любое

приложение, допускающее обращение к удаленным ресурсам че-

рез СОМ-порт, может быть легко интегрировано в сеть Х.25.

Для объединения локальных сетей в узлах, имеющих подклю-

чение к сети Х.25, используют методы инкапсуляции (упаковки)

пакетов информации из локальной сети в пакеты

Х.25. Стандарт-