Велихов А.В. , Строчников К.С., Кошкин. Б.Л. Компьютерные сети: Учебное пособие по администрированию локальных и объединенных сетей
Подождите немного. Документ загружается.
Другими словами, IP не обеспечивает отправку в источник сообщений о
неисправностях, когда имеют место аномалии маршрутизации. Выполне
ние этой задачи предоставлено другому протоколу Internet, а именно Про
токолу управляющих сообщений Internet (Internet Control Message
Protocol — ICMP).
ICMP
ICMP выполняет ряд задач в пределах объединенной сети IP. В до
полнение к основной задаче, для выполнения которой он был создан (со
общение источнику об отказах маршрутизации), ICMP обеспечивает так
же метод проверки способности узлов образовывать повторное эхо в
объединенной сети (сообщения Echo и Reply ICMP), метод стимулирова
ния более эффективной маршрутизации (сообщение Redirect ICMP — пе
реадресация ICMP), метод информирования источника о том, что какая
то дейтаграмма превысила назначенное ей время существования в
пределах данной объединенной сети (сообщение Time Exceeded ICMP —
«время превышено») и другие полезные сообщения. Сделанное недавно
дополнение к IСМР обеспечивает для новых узлов возможность нахожде
ния маски подсети, используемой в межсети в данный момент. В целом,
ICMP является интегральной частью любых реализаций IP, особенно та
ких, которые используются в роутерах.
Транспортный уровень
Транспортный уровень Internet реализуется ТСР и Протоколом
Дейтаграмм Пользователя (User Datagram Protocol — UDP). ТСР обеспе
чивает транспортировку данных с установлением соединения, в то время
как UDP работает без установления соединения.
Протокол управления передачей (TCP)
Transmission Control Protocol (TCP) обеспечивает полностью дубли
рованные, с подтверждением и управлением потоком данных, услуги для
протоколов высших уровней. Он перемещает данные в непрерывном не
структурированном потоке, в котором байты идентифицируются по но
мерам последовательностей. ТСР может также поддерживать многочис
ленные одновременные диалоги высших уровней.
Поле «порт источника» (source port) обозначает точку, в которой
конкретный процесс высшего уровня источника принимает услуги ТСР;
поле «порт пункта назначения» (destination port) обозначает порт процес
са высшего уровня пункта назначения для услуг ТСР.
Поле «номер последовательности» (sequence number) обычно обо
Лекция 2: Объединенные сети
158
значает номер, присвоенный первому байту данных в текущем сообще
нии. В некоторых случаях оно может также использоваться для
обозначения номера исходной последовательности, который должен ис
пользоваться в предстоящей передаче.
Поле «номер подтверждения» (acknowledgement number) содержит
номер последовательности следующего байта данных, которую отправи
тель пакета ожидает для приема.
Поле «сдвиг данных» (data offset) обозначает число 32битовых слов
в заголовке ТСР.
Поле «резерв» (reserved) зарезервировано для использования разра
ботчиками протокола в будущем.
Поле «флаги» (flags) содержит различную управляющую информа
цию.
Поле «окно» (window) обозначает размер окна приема отправителя
(буферный объем, доступный для поступающих данных).
Поле «контрольная сумма» (checksum) указывает, был ли заголовок
поврежден при транзите.
Поле «указатель срочности» (urgent pointer) указывает на первый
байт срочных данных в пакете.
Поле «опции» (options) обозначает различные факультативные воз
можности ТСР.
Протокол дейтаграмм пользователя (UDP)
Протокол UDP намного проще, чем ТСР; он полезен в ситуациях,
когда мощные механизмы обеспечения надежности протокола ТСР не
обязательны. Заголовок UDP имеет всего четыре поля: поле порта источ
ника (source port), поле порта пункта назначения (destination port), поле
длины (length) и поле контрольной суммы UDP (checksum UDP). Поля
порта источника и порта назначения выполняют те же функции, что и в
заголовке ТСР. Поле длины обозначает длину заголовка UDP и данных;
поле контрольной суммы обеспечивает проверку целостности пакета.
Контрольная сумма UDP является факультативной возможностью.
Протоколы высших уровней
Комплект протоколов Internet включает в себя большое число про
токолов высших уровней, представляющих самые разнообразные приме
нения, в том числе управление сети, передача файлов, распределенные
услуги пользования файлами, эмуляция терминалов и электронная почта.
Протокол передачи файлов (File Transfer Protocol — FTP) обеспечи
вает способ перемещения файлов между компьютерными системами.
Лекция 2: Объединенные сети
159
Telnet обеспечивает виртуальную терминальную эмуляцию. Протокол уп
равления простой сетью (Simle network management protocol — SNMP) яв
ляется протоколом управления сетью, используемым для сообщения об
аномальных условиях в сети и установления значений допустимых поро
гов в сети. X Windows является популярным протоколом, который позво
ляет терминалу с интеллектом связываться с отдаленными компьютерами
таким образом, как если бы они были непосредственно подключенными
мониторами. Комбинация протоколов Network File System (NFS) (Систе
ма сетевых файлов), External Data Representation (XDP) (Представление
внешней информации) и Remote Procedure Call (RPC) (Вызов процедуры
обращений к отдаленной сети) обеспечивает прозрачный доступ к ресур
сам отдаленной сети. Простой протокол передачи почты (Simple Mail
Transfer Protocol — SMTP) обеспечивает механизм передачи электронной
почты. Эти и другие применения используют услуги ТСР/IP и других про
токолов Internet низших уровней, чтобы обеспечить пользователей базо
выми сетевыми услугами.
Протоколы NetWare
NetWare является операционной системой сети (network operating
system — NOS) и связанной с ней средой обеспечения услуг, разработан
ной Novell, Inc. и представленной на рынок в начале 1980 гг. В то время
сети были небольшими и преимущественно гомогенными, связь рабочих
групп с помощью локальных сетей была еще новым явлением, а идея о
персональном компьютере еще только начала завоевывать популярность.
Большая часть технологии организации сетей NetWare была заим
ствована из Xerox Network Systems (XNS) — системы организации сетей,
разработанной Xerox Corporation в конце 1970 гг.
K началу 1990 гг. доля в рынке NOS NetWare возросла до 5075%
(данные зависят от исследовательских групп, занимавшихся изучением
рынка). Установив свыше 500,000 сетей NetWare по всему миру и ускорив
продвижение по пути объединения сетей с другими сетями, NetWare и
поддерживающие ее протоколы часто сосуществуют на одном и том же
физическом канале с многими другими популярными протоколами, в том
числе ТСР/IP, DECnet и AppleTalk.
Основы технологии
В качестве среды NOS, NetWare определяет пять высших уровней
эталонной модели OSI. Она обеспечивает совместное пользование файла
ми и принтером, поддержку различных прикладных задач, таких как пе
редача электронной почты и доступ к базе данных, и другие услуги. Так
же, как и другие NOS, такие как Network File System (NFS) компании Sun
Microsystems, Inc. и LAN Manager компании Microsoft Corporation,
Лекция 2: Объединенные сети
160
NetWare базируется на архитектуре клиентсервер (сlientserver architec
ture). В таких архитектурах клиенты (иногда называемые рабочими стан
циями) запрашивают у серверов определенные услуги, такие как доступ к
файлам и принтеру.
Первоначально клиентами NetWare были небольшие РС, в то вре
мя как серверами были ненамного более мощные РС. После того, как
NetWare стала более популярной, она была перенесена на другие компью
терные платформы. В настоящее время клиенты и сервера могут быть
представлены практически любым видом компьютерной системы, от РС
до универсальных вычислительных машин.
Основная характеристика системы клиентсервер заключается в
том, что доступ к отдаленной сети является прозрачным для пользовате
ля. Это достигается с помощью удаленного вызова процедур (remote pro
cedure calls) — такого процесса, когда программа местного компьютера,
работающая на оборудовании клиента, отправляет вызов в удаленный
сервер. Этот сервер выполняет указанную процедуру и возвращает запро
шенную информацию клиенту местного компьютера.
Доступ к среде
NetWare работает с Ethenet/IEEE 802.3, Token Ring/IEEE 802.5,
Fiber Distributed Data Interface (FDDI) и ARCnet.
ARСnet представляет собой систему простой сети, которая поддер
живает все три основных носителя (скрученную пару, коаксиальный ка
бель и волоконнооптический кабель) и две топологии (шина и звезда).
Она была разработана корпорацией Datapoint Corporation и выпущена в
1977. Хотя ARCnet не приобрела такую популярность, какой пользуются
Ethernet и Token Ring, ее гибкость и низкая стоимость завоевали много
верных сторонников.
Сетевой уровень
Internet Packet Exchange (IPX) является оригинальным протоколом
сетевого уровня Novell. Если устройство, с которым необходимо устано
вить связь, находится в другой сети, IPX прокладывает маршрут для про
хождения информации через любые промежуточные сети, которые могут
находиться на пути к пункту назначения.
Пакет IPX начинается с 16битового поля контрольной суммы
(checksum), которое устанавливается на единицы.
16битовое поле длины (length) определяет длину полной дейта
граммы IPX в байтах. Пакеты IPX могут быть любой длины, вплоть до раз
меров максимальной единицы передачи носителя (MTU). Фрагментация
пакетов не применяется.
За полем длины идет 8битовое поле управления транспортировкой
Лекция 2: Объединенные сети
161
(transport control), которое обозначает число роутеров, через которые про
шел пакет. Когда значение этого поля доходит до 15, пакет отвергается ис
ходя из предположения, что могла иметь место маршрутная петля.
8битовое поле типа пакета (packet type) определяет протокол выс
шего уровня для приема информации пакета. Двумя общими значениями
этого поля являются 5, которое определяет Sequenced Packet Exchange
(SPX) (Упорядоченный обмен пакетами) и 17, которое определяет
NetWare Core Protocol (NCP) (Основной протокол NetWare).
Информация адреса пункта назначения (destination address) занима
ет следующие три поля. Эти поля определяют сеть, главную вычислитель
ную машину и гнездо (процесс) пункта назначения.
Следом идут три поля адреса источника (source address), определя
ющих сеть, главную вычислительную машину и гнездо источника.
За полями пункта назначения и источника следует поле данных
(data). Оно содержит информацию для процессов высших уровней.
Хотя IPX и является производной XNS, он имеет несколько уни
кальных характеристик. С точки зрения маршрутизации, наиболее важ
ное различие заключается в механизмах формирования пакетов данных
этих двух протоколов. Формирование пакета данных — это процесс упа
ковки информации протокола высшего уровня и данных в блок данных.
Блоки данных являются логическими группами информации, очень по
хожими на слова телефонного разговора. XNS использует стандартное
формирование блока данных Ethernet, в то время как пакеты IPX форми
руются в блоки данных Ethernet Version 2.0 или IEEE 802.3 без информа
ции IEEE 802.2, которая обычно сопровождает эти блоки данных.
Для маршрутизации пакетов в объединенных сетях IPX использует
протокол динамической маршрутизации, называемый Routing Infor
mation Protocol (RIP) (Протокол маршрутной информации). Также, как и
XNS, RIP получен в результате усилий компании Xerox по разработке се
мейства протоколов XNS. В настоящее время RIP является наиболее час
то используемым протоколом для внутренних роутеров (interior gateway
protocolIGP) в сообществе Internetсреде международной сети, обеспе
чивающей связность практически со всеми университетами и исследова
тельскими институтами и большим числом коммерческих организаций в
США, а также со многими иностранными организациями.
В дополнение к разнице в механизмах формирования пакетов,
Novell также дополнительно включила в свое семейство протоколов IPX
протокол, называемый Service Adverticement Protocol (SAP) (Протокол
объявлений об услугах). SAP позволяет узлам, обеспечивающим услуги,
объявлять о своих адресах и услугах, которые они обеспечивают.
Novell также поддерживает «Блок адресуемой сети» LU 6.2 компа
Лекция 2: Объединенные сети
162
нии IBM (LU 6.2 network addressable unit — NAU). LU 6.2 обеспечивает
связность по принципу равноправных систем через среду сообщений
IBM. Используя возможности LU 6.2, которые имеются у NetWare, узлы
NetWare могут обмениваться информацией через сеть IBM. Пакеты
NetWare формируются в пределах пакетов LU 6.2 для передачи через сеть
IBM.
Транспортный уровень
Sequenced Packet Exchange (SPX) (Упорядоченный обмен пакетами)
является наиболее часто используемым протоколом транспортного уров
ня NetWare. Novell получила этот протокол в результате доработки
Sequenced Packet Protocol (SPP) системы XNS. Как и протокол ТСР
(Transmission Control Protocol) и многие другие протоколы транспортно
го уровня, SPX является надежным, с установлением соединения прото
колом, который дополняет услуги дейтаграмм, обеспечиваемые протоко
лами Уровня 3.
Novell также предлагает поддержку протокола Internet Protocol (IP)
в виде формирования протоколом User Datagram Protocol (UDP)/IP дру
гих пакетов Novell, таких как пакеты SPX/IPX. Для транспортировки че
рез объединенные сети, базирующиеся на IP, дейтаграммы IPX формиру
ются внутри заголовков UDP/IP.
Протоколы высших уровней
NetWare поддерживает большое разнообразие протоколов высших
уровней; некоторые из них несколько более популярны, чем другие.
NetWare shell (командный процессор) работает в оборудовании клиентов
(которое часто называется рабочими станциями среди специалистов по
NetWare) и перехватывает обращения прикладных задач к устройству
Ввод/Вывод, чтобы определить, требуют ли они доступ к сети для удовле
творения запроса. Если это так, то NetWare shell организует пакеты запро
сов и отправляет их в программное обеспечение низшего уровня для об
работки и передачи по сети. Если это не так, то они просто передаются в
ресурсы местного устройства Ввода/Вывода. Прикладные задачи клиента
не осведомлены о какихлибо доступах к сети, необходимых для выпол
нения обращений прикладных задач. NetWare Remote Procedure Call
(Netware RPC) (Вызов процедуры обращения к отдаленной сети) являет
ся еще одним более общим механизмом переадресации, поддерживаемым
Novell.
Netware Core Protocol (NCP) (Основной протокол NetWare) пред
ставляет собой ряд программ для сервера, предназначенных для удовле
Лекция 2: Объединенные сети
163
творения запросов прикладных задач, приходящих, например, из
NetWare shell. Услуги, предоставляемые NCP, включают доступ к файлам,
доступ к принтеру, управление именами, учет использования ресурсов,
защиту данных и синхронизацию файлов.
NetWare также поддерживает спецификацию интерфейса сеансово
го уровня Network Basic I/O System (NetBIOS) компаний IBM и Microsoft.
Программа эмуляции NetBIOS, обеспечиваемая NetWare, позволяет про
граммам, написанным для промышленного стандартного интерфейса
NetBIOS, работать в пределах системы NetWare.
Услуги прикладного уровня NetWare включают NetWare Message
Handling Service (NetWare MHS) (Услуги по обработке сообщений),
Btrieve, NetWare Loadable Modules (NLM) (Загружаемые модули NetWare)
и различные характеристики связности IBM. NetWare MHS является си
стемой доставки сообщений, которая обеспечивает транспортировку эле
ктронной почты. Btrieve представляет собой реализацию механизма до
ступа к базе данных двоичного дерева (btree) Novell. NLM реализуются
как дополнительные модули, которые подключаются к системе NetWare.
В настоящее время компания Novell и третьи участвующие стороны пре
доставляют NLM для чередующихся комплектов протоколов (alternate
protocol stacks), услуги связи, услуги доступа к базе данных и много дру
гих услуг.
Протоколы OSI
В первые годы появления межкомпьютерной связи программное
обеспечение организации сетей создавалось бессистемно, для каждого от
дельного случая. После того, как сети приобрели достаточную популяр
ность, некоторые из разработчиков признали необходимость стандарти
зации сопутствующих изделий программного обеспечения и разработки
аппаратного обеспечения. Считалось, что стандартизация позволит по
ставщикам разработать системы аппаратного и программного обеспече
ния, которые смогут сообщаться друг с другом даже в том случае, если в
их основе лежат различные архитектуры. Поставив перед собой эту цель,
ISO начала разработку эталонной модели Open Systems Interconnections
(OSI) (Взаимодействие открытых систем). Эталонная модель OSI была за
вершена и выпущена в 1984 г.
В настоящее время эталонная модель OSI является самой выдаю
щейся в мире моделью архитектуры объединенных сетей. Она также яв
ляется самым популярным средством приобретения знаний о сетях. С
другой стороны, у протоколов OSI был длинный период созревания. И хо
Лекция 2: Объединенные сети
164
тя известно о некоторых реализациях OSI, протоколы OSI все еще не за
воевали той популярности, которой пользуются многие патентованные
протоколы (например, DECnet и AppleTalk) и действующие стандарты
(например, протоколы Internet).
Основы технологии
Объединение сетей OSI использует уникальную терминологию.
End system (ES)
Термин «конечная система» относится к любому устройству сети,
не занимающемуся маршрутизацией.
Intermediate system (IS)
Термин «промежуточная система» относится к роутеру.
Area
«Область» обозначает группу смежных сетей и подключенных к ним
хостов; область назначается администратором сети или другим аналогич
ным лицом.
Domain
«Домен» представляет собой набор соединенных областей. Домены
маршрутизации обеспечивают полную связность со всеми конечными си
стемами, находящимися в их пределах.
Доступ к среде
Также, как и некоторые другие современные 7уровневые комплек
ты протоколов, комплект OSI включает в себя многие популярные сего
дня протоколы доступа к носителю. Это позволяет другим комплектам
протоколов существовать наряду с OSI в одном и том же носителе. В OSI
входят IEEE 802.2, IEEE 802.3, IEEE 802.5, FDDI, X.21, V.35, X.25 и дру
гие.
Сетевой уровень
OSI предлагает услуги сетевого уровня как без установления соеди
нения, так и ориентированные на установления логического соединения.
Услуги без установления соединения описаны в ISO 8473 (обычно назы
ваемом Connectionless Network Protocol — CLNP — Протокол сети без ус
тановления соединения). Обслуживание, ориентированное на установле
ние логического соединения (иногда называемое ConnectionOriented
Network Service — CONS) описывается в ISO 8208 (X.25 PacketLevel
Protocol — Протокол пакетного уровня X.25, иногда называемый
Лекция 2: Объединенные сети
165
ConnectionMode Network Protocol — CMNP) и ISO 8878 (в котором опи
сывается, как пользоваться ISO 8208, чтобы обеспечить ориентированные
на установление логического соединения услуги OSI). Дополнительный
документ ISO 8881 описывает, как обеспечить работу Протокола пакетно
го уровня X.25 в локальных сетях IEEE 802. OSI также определяет не
сколько протоколов маршрутизации.
В дополнение к уже упоминавшимся спецификациям протоколов и
услуг, имеются другие документы, связанные с сетевым уровнем OSI, в
число которых входят:
ISO 8648
На этот документ обычно ссылаются как на «внутреннюю органи
зацию сетевого уровня» (internal organization of the network level — IONL).
Он описывает, каким образом можно разбить сетевой уровень на три от
дельных различимых друг от друга подуровня, чтобы обеспечить поддерж
ку для различных типов подсетей.
ISO 8348
Этот документ обычно называют «определение услуг сети» (network
service definition). Он описывает ориентированные на установление логи
ческого соединения услуги и услуги без установления соединения, кото
рые обеспечивает сетевой уровень OSI. Адресация сетевого уровня также
определена в этом документе. Определение услуг в режиме без установле
ния соединения и определение адресации раньше были опубликованы от
дельным дополнением к ISO 8348; однако вариант ISO 8348 1993 года объ
единяет все дополнения в отдельный документ.
ISO TR 9575
Этот документ описывает структуру, концепции и терминологию,
использованную в протоколах маршрутизации OSI.
ISO TR 9577
Этот документ описывает, как отличать друг от друга большое чис
ло протоколов сетевого уровня, работающих в одной и той же среде. Это
необходимо потому, что в отличие от других протоколов, протоколы се
тевого уровня OSI не различаются с помощью какоголибо идентифика
тора (ID) протокола или аналогичного поля канального уровня.
Услуги без установления соединения
Как видно из названия, CLNP является протоколом дейтаграмм без
установления соединения, который используется для переноса данных и
указателей неисправности. По своим функциональным возможностям он
похож на Internet Protocol (IP). Он не содержит средств обнаружения
ошибок и их коррекции, полагаясь на способность транспортного уровня
Лекция 2: Объединенные сети
166
обеспечить соответствующим образом эти услуги. Он содержит только од
ну фазу, которая называется «передача информации» (data transfer). Каж
дый вызов какоголибо примитива услуг не зависит от всех других вызо
вов, для чего необходимо, чтобы вся адресная информация полностью
содержалась в составе примитива.
В то время как CLNP определяет действующий протокол, выполня
ющий типичные функции сетевого уровня, CLNS (Обслуживание сети
без установления соединения) описывает услуги, предоставляемые транс
портному уровню, в котором запрос о передаче информации реализуется
доставкой, выполненной с наименьшими затратами (best effort). Такая до
ставка не гарантирует, что данные не будут потеряны, испорчены, что в
них не будет нарушен порядок, или что они не будут скопированы. Обслу
живание без установления соединения предполагает, что при необходи
мости все эти проблемы будут устранены в транспортном уровне. CLNS
не обеспечивает никаких видов информации о соединении или состоя
нии, и не выполняет настройку соединения. Так как CLNS обеспечивает
транспортные уровни интерфейсом услуг, сопрягающим с CLNP, прото
колы CNLS и CLNP часто рассматриваются вместе.
Услуги с установлением соединения
Услуги сети OSI с установлением соединения определяются ISO
8208 и ISO 8878. OSI использует X.25 RacketLevel Protocol для перемеще
ния данных и указателей ошибок с установлением соединения. Для объ
ектов транспортного уровня предусмотрено 6 услуг (одна для установле
ния соединения, другая для разъединения соединения, и четыре для
передачи данных). Услуги вызываются определенной комбинацией из 4
примитив: запрос (request), указатель (indication), ответ (response) и под
тверждение (confirmation).
Адресация
Услуги сети OSI предоставляются транспортному уровню через
концептуальную точку на границе сетевого и транспортного уровней, из
вестную под названием «точки доступа к услугам сети» (network service
access point — NSAP). Для каждого объекта транспортного уровня имеет
ся одна NSAP.
Каждая NSAP может быть индивидуально адресована в объединен
ной глобальной сети с помощью адреса NSAP (в обиходе существует не
точное название — просто NSAP). Таким образом, любая конечная сис
тема OSI имеет, как правило, множество адресов NSAP. Эти адреса
обычно отличаются только последним байтом, называемом nselector.
Возможны случаи, когда полезно адресовать сообщение сетевому
уровня системы в целом, не связывая его с конкретным объектом транс
Лекция 2: Объединенные сети
167