Велихов А.В. , Строчников К.С., Кошкин. Б.Л. Компьютерные сети: Учебное пособие по администрированию локальных и объединенных сетей
Подождите немного. Документ загружается.
получения межсетевой информации о зонах. ZIP использует маршрутные
таблицы RTMP для отслеживания изменений в топологии сети. Если ZIP
находит данные о маршрутной таблице, которых нет в данной ZIT, она
образует запись данных о новой ZIT.
Транспортный уровень
Транспортный уровень AppleTalk реализуется двумя основными
протоколами AppleTalk: AppleTalk Transaction Protocol (ATP) (Протокол
транзакций AppleTalk) и AppleTalk Data Stream Protocol (ADSP) (Прото
кол потока данных AppleTalk). АТР является транзакционноориентиро
ванным, в то время как ADSP является ориентированным по потоку дан
ных.
Протокол транзакций AppleTalk (ATP)
ATP является одним из протоколов транспортного уровня Appletalk.
АТР пригоден для применений, базирующихся на транзакциях, которые
можно встретить в банках или магазинах розничной торговли.
В транзакции АТР входят запросы (от клиентов) (requests) и ответы
(от служебных устройств) (replies). Каждая пара запрос/ответ имеет от
дельный ID транзакции. Транзакции имеют место между двумя гнездами
клиентов. АТР использует транзакции «точноодин раз» (exactly once —
XO) и «по крайней мере один раз» (atleastonce — ALO), Транзакции ХО
требуются в тех ситуациях, когда случайное выполнение транзакции бо
лее одного раза неприемлемо. Банковские транзакции являются приме
ром таких неидемпотентных (nonidempotent) ситуаций (ситуаций, когда
повторение какойнибудь транзакции вызывает проблемы, что достигает
ся тем, что делаются недействительными данные, участвующие в данной
транзакции).
АТР способен выполнять наиболее важные функции транспортно
го уровня, в том числе подтверждение о приеме данных и повторную пе
редачу, установление последовательности пакетов, а также фрагментиро
вание и повторную сборку. АТР ограничивает сегментирование
сообщений до 8 пакетов; пакеты АТР не могут содержать более 578 ин
формационных байтов.
Протокол потока данных AppleTalk (ADSP)
ADSP является другим важным протоколом транспортного уровня
Apple Talk. Как видно из его названия, ADSP является ориентированным
по потоку данных, а не по транзакциям. Он организует и поддерживает
полностью дублированный поток данных между двумя гнездами в объе
диненной сети AppleTalk.
ADSP является надежным протоколом в том плане, что он гаранти
рует доставку байтов в том же порядке, в каком они были отправлены, а
также то, что они не будут дублированы. ADSP нумерует каждый байт,
Лекция 2: Объединенные сети
148
чтобы отслеживать отдельные элементы потока данных.
ADSP также определяет механизм управления потоком. Пункт на
значения может в значительной степени замедлять передачи источника
путем сокращения размера объявленного окна на прием.
ADSP также обеспечивает механизм сообщений управления «выхо
да из полосы» (outofband) между двумя объектами AppleTalk. В качестве
средства для перемещения сообщений управления выхода из полосы
между двумя объектами AppleTalk используются пакеты «внимания»
(attention packets). Эти пакеты используют отдельный поток номеров по
следовательностей, чтобы можно было отличать их от обычных пакетов
данных ADSP.
Протоколы высших уровней
AppleTalk обеспечивает несколько протоколов высшего уровня.
Протокол сеансов AppleTalk (AppleTalk Session Protocol — ASP) организу
ет и поддерживает сеансы (логические диалоги) между клиентом
AppleTalk и служебным устройством. Протокол доступа к принтеру
(Printer Access Protocol — РАР) AppleTalk является ориентированным по
связи протоколом, который организует и поддерживает связи между кли
ентами и служебными устройствами (использование термина printer в за
головке этого протокола является просто исторической традицией). Эхо
протокол AppleTalk (AppleTalk Echo Protocol — AEP) является очень
простым протоколом, генерирующим пакеты, которые могут быть ис
пользованы для проверки способности различных узлов сети создавать
повторное эхо. И наконец, Протокол ведения картотеки AppleTalk
(AppleTalk Filing Protocol — AFP) помогает клиентам коллективно ис
пользовать служебные файлы в сети.
DECnet
Digital Equipment Corporation (Digital) разработала семейство прото
колов DECnet с целью обеспечения своих компьютеров рациональным
способом сообщения друг с другом. Выпущенная в 1975 г. первая версия
DECnet обеспечивала возможность сообщения двух напрямую подклю
ченных миникомпьютеров PDP11. В последние годы Digital включила
поддержку для непатентованных протоколов, однако DECnet попрежне
му остается наиболее важным из сетевых изделий, предлагаемых Digital.
В настоящее время выпущена пятая версия основного изделия
DECnet (которую иногда называют Phase V, a в литературе компании
Digital — DECnet/OSI). DECnet Phase V представляет собой надлежащим
образом расширенный набор комплекта протоколов OSI, поддерживаю
щий все протоколы OSI, а также несколько других патентованных и стан
дартных протоколов, которые поддерживались предыдущими версиями
Лекция 2: Объединенные сети
149
DECnet. Что касается ранее внесенных изменений в протокол, DECnet
Phase V совместим с предыдущей версией (т.е. Phase IV).
Архитектура цифровой сети (DNA)
В противоположность бытующему мнению, DECnet вовсе не явля
ется архитектурой сети, а представляет собой ряд изделий, соответствую
щих Архитектуре Цифровой сети (Digital Network Architecture — DNA)
компании Digital. Как и большинство других сложных сетевых архитек
тур, поставляемых крупными поставщиками систем, DNA поддерживает
большой набор как патентованных, так и стандартных протоколов. Пере
чень технологий, которые поддерживает DNA, постоянно растет по мере
того, как Digital реализует новые протоколы.
Доступ к среде
DNA поддерживает различные реализации физического и каналь
ного уровней. Среди них такие известные стандарты, как Ethernet, Token
Ring, Fiber Distributed Data Interface (FDDI), IEEE 802..2 и Х.25. DNA так
же предлагает протокол канального уровня для традиционного двухточеч
ного соединения, который называется Digital Data Communications
Message Protocol (DDCMP) (Протокол сообщений цифровой связи) и ши
ну с пропускной способностью 70 Мб/с, используемую для группы або
нентов VAX, которая называется Computerroom Interconnect bus (CI bus)
(шина межсоединений машинного зала).
Сетевой уровень
DECnet поддерживает сетевые уровни как без установления соеди
нения, так и с установлением соединения. Оба сетевых уровня реализу
ются протоколами OSI. Реализации без установления соединения ис
пользуют Connectionless Network Protocol (CLNP) (Протокол сети без
установления соединения) и Connectionless Network Service (CLNS) (Ус
луги сети без установления соединения). Сетевой уровень с установлени
ем соединения использует X.25 PacketLevel Protocol (PLP) (Протокол па
кетного уровня), который также известен как X.25 level 3 (Уровень 3 Х.25),
и ConnectionMode Network Protocol (CMNP) (Протокол сети с установ
лением соединения).
Хотя в DECnet Phase V значительная часть DNA была приведена в
соответствие с OSI, уже в DECnet Phase IV маршрутизация была очень
схожа с маршрутизацией OSI. Маршрутизация DNA Phase V включает в
себя маршрутизацию OSI (ESIS и ISIS) и постоянную поддержку про
токола маршрутизации DECnet Phase IV.
Формат блока данных маршрутизации DECnet Phase IV
Лекция 2: Объединенные сети
150
Протокол маршрутизации DECnet Phase IV имеет несколько отли
чий от ISIS. Одно из нихэто разница в заголовках протоколов.
Первое поле в заголовке маршрутизации DNA Phase IVэто поле
флагов маршрутизации (routing flags), которое состоит из:
returnDtoDsender
бит возврата получателю, если он задан, то указывает, что данный
пакет возвращается в источник.
returnDtoDsender request
бит запроса о возврате получателю, если он задан, то указывает на
то, что запрашиваемые пакеты должны быть возвращены в источник, ес
ли они не могут быть доставлены в пункт назначения.
intraLAN
бит intraLAN, который устанавливается по умолчанию. Если роутер
обнаружит, что две сообщающиеся конечные системы не принадлежат
одной и той же подсети, он исключает этот бит.
Другие биты, которые обозначают формат заголовка, указывают,
применялась ли набивка, и выполняют другие функции.
За полем флагов маршрутизации идут поля узла пункта назначения
(destination node) и узла источника (source node), которые обозначают се
тевые адреса узлов пункта назначения и узла источника.
Последнее поле в заголовке маршрутизации DNA Phase IV — поле
траверсированных узлов (nodes traversed), которое показывает число уз
лов, которые пересек пакет на пути к пункту назначения. Это поле обес
печивает реализацию подсчета максимального числа пересылок для того,
чтобы можно было удалить из сети вышедшие из употребления пакеты.
DECnet различает два типа узлов: конечные узлы и узлы маршрути
зации. Как конечные узлы, так и узлы маршрутизации могут отправлять
и принимать информацию, но обеспечивать услуги маршрутизации для
других узлов DECnet могут только узлы маршрутизации.
Маршрутные решения DECnet базируются на затратах (cost) — ар
битражном показателе, назначаемом администратором сети для исполь
зования при сравнении различных путей через среду объединенной сети.
Затраты обычно базируются на числе пересылок, ширине полосы носите
ля и других показателях. Чем меньше затраты, тем лучше данный тракт.
Если в сети имеют место неисправности, то протокол маршрутизации
DECnet Phase IV использует значения затрат для повторного вычисления
наилучшего маршрута к каждому пункту назначения.
Адресация
Лекция 2: Объединенные сети
151
Адреса DECnet не связаны с физическими сетями, к которым под
ключены узлы. Вместо этого DECnet размещает главные вычислительные
машины, используя пары адресов область/узел (area/node address). В диа
пазон значений адресов области входят значения от 1 до 63 (включитель
но). Адрес узла может иметь значение от 1 до 1023 (включительно). Сле
довательно, каждая область может иметь 1023 узла, а в сети DECnet
адресация может быть произведена примерно к 65,000 узлам. Области мо
гут перекрывать несколько роутеров, и отдельный кабель может обеспе
чивать несколько областей. Следовательно, если какойнибудь узел име
ет несколько сетевых интерфейсов, то он использует один и тот же адрес
область/узел для каждого интерфейса.
Главные вычислительные машины DECnet не используют адреса
уровня МАС (Media Access Control — Управление доступом к носителю),
назначаемые производителем. Вместо этого адреса сетевого уровня встра
иваются в адреса уровня МАС в соответствии с алгоритмом, который пе
ремножает номер области на 1024 и прибавляет к результату номер узла.
Результирующий 16битовый десятичный адрес преобразуется в шестнад
цатеричное число и добавляется к адресу АА00.0400 таким образом, что
байты оказываются переставленными, так что наименее значимый байт
оказывается первым. Например, адрес 12.75 DECnet становится числом
12363 (основание 10), которое равняется числу 304В (основание 16). По
сле этого адрес с переставленными байтами добавляется к стандартному
префиксу адреса МАС DECnet; результирующим адресом является выра
жение АА00.0400.4В30.
Уровни маршрутизации
Узлы маршрутизации DECnet называются либо роутерами Уровня
1, либо роутерами Уровня 2. Роутер Уровня 1 сообщается с конечными уз
лами и с другими роутерами Уровня 1 в отдельной конкретной области.
Роутеры Уровня 2 сообщаются с роутерами Уровня 1 той же самой обла
сти и роутерами Уровня 2 других областей. Таким образом, роутеры Уров
ня 1 и Уровня 2 вместе формируют иерархическую схему маршрутизации.
Конечные системы отправляют запросы о маршрутах в назначен
ный роутер Уровня 1. На роль назначенного роутера выбирается роутер
Уровня 1 с наивысшим приоритетом. Если два роутера имеют одинако
вый приоритет, то назначенным роутером становится тот, который имеет
большее число узлов. Конфигурацию приоритета любого роутера можно
выбирать ручным способом, вынуждая его на роль назначенного роутера.
В любой области может быть несколько роутеров Уровня 2. Если ро
утеру Уровня 1 необходимо отправить пакет за пределы своей области, он
направляет этот пакет какомунибудь роутеру Уровня 2 в этой же облас
ти. В некоторых случаях этот роутер Уровня 2 может не иметь оптималь
Лекция 2: Объединенные сети
152
ного маршрута к пункту назначения, однако конфигурация узловой сети
обеспечивает такую степень устойчивости к ошибкам, которая не может
быть обеспечена при назначении только одного роутера Уровня 2 на об
ласть.
Транспортный уровень
Транспортный уровень DNA реализуется различными протоколами
транспортного уровня, как патентованными, так и стандартными. Под
держиваются следующие протоколы транспортного уровня OSI: ТР0, ТР2
и ТР4.
Принадлежащий Digital Протокол услуг сети (Network services pro
tocol — NSP) по функциональным возможностям похож на ТР4 тем, что
он обеспечивает ориентированное на соединение, с контролируемым по
током обслуживание, с фрагментацией и повторной сборкой сообщений.
Обеспечиваются два подканала — один для нормальных данных, второй
для срочных данных и информации управления потоком. Обеспечивает
ся два типа управления потоком — простой механизм старт/стоп, при ко
тором получатель сообщает отправителю, когда следует завершать и во
зобновлять передачу данных, и более сложная техника управления
потоком, при которой получатель сообщает отправителю, сколько сооб
щений он может принять. NSP может также реагировать на уведомления
о перегрузке, поступающие из сетевого уровня, путем уменьшения числа
невыполненных сообщений, которое он может допустить.
Протоколы Internet
В середине 1970 гг. Агентство по Внедрению Научноисследова
тельских Проектов Передовой технологии при Министерстве обороны
(DARPA) заинтересовалось организацией сети с коммутацией пакетов
для обеспечения связи между научноисследовательскими институтами в
США. DARPA и другие правительственные организации понимали, ка
кие потенциальные возможности скрыты в технологии сети с коммутаци
ей пакетов; они только что начали сталкиваться с проблемой, с которой
сейчас приходится иметь дело практически всем компаниям, а именно с
проблемой связи между различными компьютерными системами.
Поставив задачу добиться связности гетерогенных систем, DARPA
финансировала исследования, проводимые Стэнфордским университе
том и компаниями Bolt, Beranek и Newman (BBN) с целью создания ряда
протоколов связи. Результатом этих работ по разработке, завершенных в
конце 1970 гг., был комплект протоколов Internet, из которых наиболее
известными являются Transmission Control Protocol (TCP) и Internet
Protocol (IP).
Лекция 2: Объединенные сети
153
Протоколы Internet можно использовать для передачи сообщений
через любой набор объединенных между собой сетей. Они в равной мере
пригодны для связи как в локальных, так и в глобальных сетях. Комплект
протоколов Internet включает в себя не только спецификации низших
уровней (такие, как ТСР и IP), но также спецификации для таких общих
применений, как почта, эмуляция терминалов и передача файлов.
Процесс разработки и выдачи документации протоколов Internet
скорее напоминает академический исследовательский проект, чем что
либо другое. Протоколы определяются в документах, называемых
Requests for Comments (RFC) (Запросы для Комментария). RFC публику
ются, а затем рецензируются и анализируются специалистами по Internet.
Уточнения к протоколам публикуются в новых RFC. Взятые вместе, RFC
обеспечивают красочную историю людей, компаний и направлений, ко
торые формировали разработку комплекта протоколов для открытой си
стемы, который сегодня является самым популярным в мире.
Сетевой уровень
IP является основным протоколом Уровня 3 в комплекте протоко
лов Internet. В дополнение к маршрутизации в объединенных сетях, IР
обеспечивает фрагментацию и повторную сборку дейтаграмм, а также со
общения об ошибках. Наряду с ТСР, IP представляет основу комплекта
протоколов Internet.
Заголовок IР начинается с номера версии (version number), который
указывает номер используемой версии IP.
Поле длины заголовка (IHL) обозначает длину заголовка дейта
граммы в 32битовых словах.
Поле типа услуги (typeofservice) указывает, каким образом долж
на быть обработана текущая дейтаграмма в соответствии с указаниями
конкретного протокола высшего уровня. С помощью этого поля дейта
граммам могут быть назначены различные уровни значимости.
Поле общая длина (total length) определяет длину всего пакета IP в
байтах, включая данные и заголовок.
Поле идентификации (identification) содержит целое число, обозна
чающее текущую дейтаграмму. Это поле используется для соединения
фрагментов дейтаграммы.
Поле флагов (flags) (содержащее бит DF, бит MF и сдвиг фрагмен
та) определяет, может ли быть фрагментирована данная дейтаграмма и яв
ляется ли текущий фрагмент последним.
Поле срок жизни (timetolive) поддерживает счетчик, значение ко
торого постепенно уменьшается до нуля; в этот момент дейтаграмма от
вергается. Это препятствует зацикливанию пакетов.
Лекция 2: Объединенные сети
154
Поле протокола (protocol) указывает, какой протокол высшего
уровня примет входящие пакеты после завершения обработки IP.
Поле контрольной суммы заголовка (header checksum) помогает
обеспечивать целостность заголовка ID.
Поля адресов источника и пункта назначения (source and destination
address) обозначают отправляющий и принимающий узлы.
Поле опции (options) позволяет IP обеспечивать факультативные
возможности, такие, как защита данных.
Поле данных (data) содержит информацию высших уровней.
Адресация
Как и у других протоколов сетевого уровня, схема адресации IP яв
ляется интегральной по отношению к процессу маршрутизации дейта
грамм IP через объединенную сеть. Длина адреса IP составляет 32 бита,
разделенных на две или три части. Первая часть обозначает адрес сети,
вторая (если она имеется) — адрес подсети, и третья — адрес главной вы
числительной машины. Адреса подсети присутствуют только в том слу
чае, если администратор сети принял решение о разделении сети на под
сети. Длина полей адреса сети, подсети и главной вычислительной
машины являются переменными величинами.
Адресация IP обеспечивает пять различных классов сети. Самые
крайние левые биты обозначают класс сети.
Class A
Сети класса А предназначены главным образом для использования
с несколькими очень крупными сетями, так как они обеспечивают всего
7 битов для поля адреса сети.
Class B
Сети класса В выделяют 14 битов для поля адреса сети и 16 битов
для поля адреса главной вычислительной машины. Этот класс адреса
обеспечивает хороший компромисс между адресным пространством сети
и главной вычислительной машины.
Class C
Сети класса С выделяют 22 бита для поля адреса сети. Однако сети
класса С обеспечивают только 8 битов для поля адреса главной вычисли
тельной машины, поэтому число главных вычислительных машин, при
ходящихся на сеть, может стать ограничивающим фактором.
Class D
Адреса класса D резервируются для групп с многопунктовой адре
сацией (в соответствии с официальным документом RFC 1112). В адресах
Лекция 2: Объединенные сети
155
класса D четыре бита наивысшего порядка устанавливаются на значения
1,1,1 и 0.
Class E
Адреса класса Е также определены IP, но зарезервированы для ис
пользования в будущем. В адресах класса Е все четыре бита наивысшего
порядка устанавливаются на 1.
Адреса IP записываются в формате десятичного числа с проставлен
ными точками, например, 34.0.0.1.
Сети IP могут также быть разделены на более мелкие единицы, на
зываемые подсетями (subnets). Подсети обеспечивают дополнительную
гибкость для администратора сети. Например, предположим, что какой
то сети назначен адрес класса В, и что все узлы в сети в данный момент
соответствуют формату адреса класса В. Далее предположим, что пред
ставлением адреса этой сети в виде десятичного числа с точками являет
ся 128.10.0.0. (наличие одних нулей в поле адреса главной вычислитель
ной машины обозначает всю сеть). Вместо того, чтобы изменять все
адреса на какойто другой базовый сетевой номер, администратор может
подразделить сеть, воспользовавшись организацией подсетей. Это выпол
няется путем заимствования битов из части адреса, принадлежащей глав
ной вычислительной машине, и их использования в качестве поля адреса
подсети.
Если администратор сети решил использовать восемь битов для ор
ганизации подсети, то третья восьмерка адреса IP класса В обеспечивает
номер этой подсети. В нашем примере адрес 128.10.0. относится к сети
128.10, подсети 1; адрес 128.10.2.0. относится к сети 128.10, подсети 2, и
т.д.
Число битов, занимаемых для адреса подсети, является переменной
величиной. Для задания числа используемых битов IP обеспечивает мас
ку подсети. Маски подсети используют тот же формат и технику представ
ления адреса, что и адреса IP. Маски подсети содержат единицы во всех
битах, кроме тех, которые определяют поле главной вычислительной ма
шины. Например, маска подсети, которая назначает 8 битов организации
подсети для адреса 34.0.0.0. класса А, представляет собой выражение
255.255.0.0. Маска подсети, которая определяет 16 битов организации
подсети для адреса 34.0.0.0. класса А, представляется выражением
255.255.255.0.
Для некоторых носителей (таких как локальные сети IEEE 802), ад
реса носителя и адреса IP определяются динамически путем использова
ния двух других составляющих комплекта протоколов Internet: Address
Resolution Protocol (ARP) (Протокол разрешения адреса) и Reverse Address
Resolution Protocol (RARP) (Протокол разрешения обратного адреса).
ARP использует широковещательные сообщения для определения аппа
Лекция 2: Объединенные сети
156
ратного адреса (уровень МАС), соответствующего конкретному межсете
вому адресу. ARP обладает достаточной степенью универсальности, что
бы позволить использование IP с практически любым типом механизма,
лежащего в основе доступа к носителю. RARP использует широковеща
тельные сообщения для определения адреса объединенной сети, связан
ного с конкретным аппаратным адресом. RARP особенно важен для уз
лов, не имеющих диска, которые могут не знать своего межсетевого
адреса, когда они выполняют начальную загрузку.
Маршрутизация Internet
Устройства маршрутизации в сети Internet традиционно называют
ся шлюзами (gateway), что является очень неудачным термином, так как
повсеместно в индустрии сетей этот термин применяют для обозначения
устройства с несколько иными функциональными возможностями.
Шлюзы (которые мы с этого момента будем называть роутерами) в сети
Internet организованы в соответствии с иерархическим принципом. Неко
торые роутеры используются для перемещения информации через одну
конкретную группу сетей, находящихся под одним и тем же администра
тивным началом и управлением (такой объект называется автономной си
стемой — autonomous system). Роутеры, используемые для обмена инфор
мацией в пределах автономных систем, называются внутренними
роутерами (interior routers); они используют различные протоколы для
внутренних роутеров (interior gateway protocol — IGP) для выполнения
этой задачи. Роутеры, которые перемещают информацию между авто
номными системами, называются внешними роутерами (exterior routers);
для этого они используют протоколы для внешних роутеров.
Протоколы маршрутизации IPэто динамичные протоколы. При
динамичной маршрутизации (dynamic routing) запросы о маршрутах
должны рассчитываться программным обеспечением устройств маршру
тизации через определенные интервалы времени. Этот процесс противо
положен статической маршрутизации (static routing), при которой марш
руты устанавливаются администратором сети и не меняются до тех пор,
пока администратор сети не поменяет их. Таблица маршрутизации IP со
стоит из пар «адрес назначения/следующая пересылка».
Маршрутизация IP определяет характер перемещения дейтаграмм
IP через объединенные сети (по одной пересылке за раз). В начале путе
шествия весь маршрут не известен. Вместо этого на каждой остановке вы
числяется следующий пункт назначения путем сопоставления адреса
пункта назначения, содержащегося в дейтаграмме, с записью данных в
маршрутной таблице текущего узла. Участие каждого узла в процессе мар
шрутизации состоит только из продвижения пакетов, базируясь только на
внутренней информации, вне зависимости от того, насколько успешным
будет процесс и достигнет или нет пакет конечного пункта назначения.
Лекция 2: Объединенные сети
157