Велихов А.В. , Строчников К.С., Кошкин. Б.Л. Компьютерные сети: Учебное пособие по администрированию локальных и объединенных сетей
Подождите немного. Документ загружается.
внесла различные изменения в протоколы XNS. Novell дополнила их
Протоколом доступа к услугам (Service access protocol — SAP), чтобы обес
печить объявление о ресурсах, и модифицировала протоколы Уровня 3
OSI (которые Novell переименовала в Internetwork Packet Exchange — IPX
— Обмен межсетевыми пакетами) для работы в сетях IEEE 802.3, а не в се
тях Ethernet. UngermannBass модифицировала RIP для поддержания за
держки, а также числа пересылок. Были также внесены другие незначи
тельные изменения. С течением времени реализации XNS для
объединенных в сети РС стали более популярными, чем XNS в том виде,
в котором они были первоначально разработаны компанией Xerox.
Основы технологии
Несмотря на то, что они имеют общие цели проектирования, кон
цепция XNS о иерархии протоколов несколько отличается от той концеп
ции, которую предлагает эталонная модель OSI.
Xerox обеспечивает 5уровневую модель передачи пакетов. Уровень
0, который отвечает за доступ к каналу и манипуляцию потока битов, при
мерно соответствует Уровням 1 и 2 OSI. Уровень 1 примерно соответству
ет той части Уровня 3 OSI, которая относится к сетевому трафику. Уро
вень 2 примерно соответствует части Уровня 3, которая связана с
маршрутизацией в объединенной сети, и Уровню 4 OSI, который занима
ется связью внутри отдельных процессов. Уровни 3 и 4 примерно соответ
ствуют двум верхним уровням модели OSI, которые заняты структуриро
ванием данных, взаимодействием между отдельными процессами и
прикладными задачами. XNS не имеет протокола, соответствующего
Уровню 5 OSI (сеансовый уровень).
Доступ к среде
Несмотря на то, что в документации XNS упоминаются X.25,
Ethernet и HDLC, XNS не дает четкого определения того, что она называ
ет протоколом уровня 0. Также, как и многие другие комплекты протоко
лов, XNS оставляет вопрос о протоколе доступа к носителю открытым,
косвенным образом позволяя любому такому протоколу выполнять глав
ную роль в транспортировке пакетов XNS через физический носитель.
Сетевой уровень
Протокол сетевого уровня XNS называется Протоколом дейта
грамм Internet (Internet Datagram Protocol — IDP). IDP выполняет стан
дартные функции Уровня 3, в число которых входят логическая адресация
и сквозная доставка дейтаграмм через объединенную сеть.
Лекция 2: Объединенные сети
178
Первым полем в пакете IDP является 16битовое поле контрольной
суммы (checksum), которое помогает проверить целостность пакета после
его прохождения через объединенную сеть.
За полем контрольной суммы следует 16битовое поле длины
(length), которое содержит информацию о полной длине (включая кон
трольную сумму) текущей дейтаграммы.
За полем длины идет 8битовое поле управления транспортировкой
(transport control) и 8битовое поле типа пакета (packet type). Поле управ
ления транспортировкой состоит из подполей числа пересылок (hop
count) и максимального времени существования пакета (maximum packet
lifetime — MPL). Значение подполя числа пересылок устанавливается ис
точником в исходное состояние 0 и инкрементируется на 1 при прохож
дении данной дейтаграммы через один роутер. Когда значение поля чис
ла пересылок доходит до 16, дейтаграмма отвергается на основании
допущения, что имеет место петля маршрутизации. Подполе MPL содер
жит максимальное время (в секундах), в течение которого пакет может ос
таваться в объединенной сети.
За полем управления транспортировкой следует 8битовое поле ти
па пакета (packet type). Это поле определяет формат поля данных.
Каждый из адресов сети источника и назначения имеют три поля:
32битовый номер сети (network number), который уникальным образом
обозначает сеть в объединенной сети, 48битовый номер хоста (host num
ber), который является уникальным для всех когдалибо выпущенных хо
стов, и 16битовый номер гнезда (socket number), который уникальным
образом идентифицирует гнездо (процесс) в пределах конкретного хоста.
Адреса IEEE 802 эквивалентны номерам хостов, поэтому хосты, подклю
ченные более чем к одной сети IEEE 802, имеют тот же самый адрес в каж
дом сегменте. Это делает сетевые номера избыточными, но тем не менее
полезными для маршрутизации. Некоторые номера гнезд являются хоро
шо известными (wellknown); это означает, что услуга, выполняемая про
граммным обеспечением с использованием этих номеров гнезд, является
статически определенной. Все другие номера гнезд допускают многократ
ное использование.
XNS поддерживает пакеты с однопунктовой (из одного пункта в
другой пункт), многопунктовой и широковещательной адресацией. Мно
гопунктовые и широковещательные адреса далее делятся на 2 типа: пря
мые (directed) и глобальные (global). Прямые многопунктовые адреса до
ставляют пакеты членам группы многопунктовой адресации данной сети,
заданной в адресе сети назначения с многопунктовой адресацией. Пря
мые широковещательные адреса доставляют пакеты всем членам задан
ной сети. Глобальные многопунктовые адреса доставляют пакеты всем
членам данной группы в пределах всей объединенной сети, в то время как
Лекция 2: Объединенные сети
179
глобальные широковещательные адреса доставляют пакеты во все адреса
объединенной сети. Один бит в номере хоста обозначает отдельный адрес
в противовес многопунктовому адресу. Все единицы в поле хоста обозна
чают широковещательный адрес.
Для маршрутизации пакетов в объединенной сети XNS использует
схему динамической маршрутизации, называемую Протоколом инфор
мации маршрутизации (RIP). В настоящее время RIP является наиболее
широко используемым Протоколом внутренних роутеров (interior gateway
protocol — IGP) в сообществе Internetсреде международной сети, обеспе
чивающей связность практически со всеми университетами и научноис
следовательскими институтами, а также многими коммерческими орга
низациями в США.
Транспортный уровень
Функции транспортного уровня OSI реализуются несколькими
протоколами. Каждый из перечисленных ниже протоколов описан в спе
цификации ХNS как протокол уровня два.
Протокол упорядоченной передачи пакетов (Sequenced Packet
Protocol — SPP) обеспечивает надежную, с установлением соединения и
управлением потока, передачу пакетов от лица процессов клиента. По вы
полняемым функциям он похож на протокол TСР из комплекта протоко
лов Internet и на протокол ТР4 из комплекта протоколов OSI.
Каждый пакет SPP включает в себя номер последовательности
(sequence number), который используется для упорядочивания пакетов и
определения тех из них, которые были скопированы или потеряны. Паке
ты SPP также содержат два 16битовых идентификатора соединения (con
nection identifier). Каждый конец соединения определяет один идентифи
катор соединения. Оба идентификатора соединения вместе уникальным
образом идентифицируют логическое соединение между процессами
клиента.
Длина пакетов SPP не может быть больше 576 байтов. Процессы
клиента могут согласовывать использование различных размеров пакетов
во время организации соединения, однако SPP не определяет характер та
кого согласования.
Протокол обмена пакетами (Packet Exchange Protocol — PEP) явля
ется протоколом типа запросответ, предназначенным обеспечивать на
дежность, которая больше надежности простых услуг дейтаграмм (напри
мер, таких, которые обеспечивает IDP), но меньше надежности SPP. По
своим функциональным возможностям РЕР аналогичен Протоколу дей
таграмм пользователя (UDP) из комплекта протоколов Internet. PEP ба
зируется на принципе одного пакета, обеспечивая повторные передачи,
но не обеспечивая выявление дублированных пакетов. Он полезен для
Лекция 2: Объединенные сети
180
прикладных задач, в которых транзакции запросответ являются идемпо
тентными (повторяемыми без повреждения контекста), или в которых на
дежная передача выполняется на другом уровне.
Протокол неисправностей (Error Protocol — EP) может быть ис
пользован любым процессом клиента для уведомления другого процесса
клиента о том, что в сети имеет место ошибка. Например, этот протокол
используется в ситуациях, когда какаянибудь реализация SPP распозна
ла дублированный пакет.
Протоколы высших уровней
XNS предлагает несколько протоколов высших уровней. Протокол
«Печатание» (Printing) обеспечивает услуги принтера. Протокол «Ведение
картотеки» (Filing) обеспечивает услуги доступа к файлам. Протокол
«Очистка» (Clearinghouse) обеспечивает услуги, связанные с присвоением
имени. Каждый из этих протоколов работает в дополнение к протоколу
«Курьер» (Courier), который обеспечивает соглашения для структуриро
вания данных и взаимодействия процессов.
XNS также определяет протоколы уровня четыре. Это протоколы
прикладного уровня, но поскольку они имеют мало общего с фактичес
кими функциями связи, в спецификации XNS нет какихлибо определе
ний по существу.
И наконец, протокол «Эхо» (Echo Protocol) используется для тести
рования надежности узлов сети XNS. Он используется для поддержки та
ких функций, как функции, обеспечиваемые командой ping, которую
можно встретить в Unix и других средах. Спецификация XNS описывает
протокол «Эхо» как протокол уровня два.
RIP
Протокол Информации Маршрутизации (RIP) является протоко
лом маршрутизации, который был первоначально разработан для Уни
версального протокола PARC Xerox (где он назывался GWINFO) и ис
пользовался в комплекте протоколов ХNS. RIP начали связывать как с
UNIX, так и с TCP/IP в 1982 г., когда версию UNIX, называемую Berkeley
Standard Distribution (BSD), начали отгружать с одной из реализацией
RIP, которую называли «трассируемой» (routed) (слово произносится
«route dee»). Протокол RIP, который все еще является очень популярным
протоколом маршрутизации в сообществе Internet, формально определен
в публикации «Протоколы транспортировки Internet» XNS (XNS Internet
Transport Protocols) и в Запросах для комментария (Request for Comments
Лекция 2: Объединенные сети
181
— RFC) 1058.
RIP был повсеместно принят производителями персональных ком
пьютеров (РС) для использования в их изделиях передачи данных по се
ти. Например, протокол маршрутизации AppleTalk (Протокол поддержа
ния таблицы маршрутизации — RTMP) является модернизированной
версией RIP. RIP также явился базисом для протоколов Novell, 3Com,
UngermannBass и Banyan. RIP компаний Novell и 3Com в основном пред
ставляет собой стандартный RIP компании Xerox. UngermannBass и
Banyan внесли незначительные изменения в RIP для удовлетворения сво
их нужд.
Формат таблицы маршрутизации
Каждая запись данных в таблице маршрутизации RIP обеспечивает
разнообразную информацию, включая конечный пункт назначения, сле
дующую пересылку на пути к этому пункту назначения и показатель (met
ric). Показатель обозначает расстояние до пункта назначения, выражен
ное числом пересылок до него. В таблице маршрутизации может
находиться также и другая информация, в том числе различные таймеры,
связанные с данным маршрутом.
RIP поддерживает только самые лучшие маршруты к пункту назна
чения. Если новая информация обеспечивает лучший маршрут, то эта ин
формация заменяет старую маршрутную информацию. Изменения в то
пологии сети могут вызывать изменения в маршрутах, приводя к тому,
например, что какойнибудь новый маршрут становится лучшим марш
рутом до конкретного пункта назначения. Когда имеют место изменения
в топологии сети, то эти изменения отражаются в сообщениях о коррек
тировке маршрутизации. Например, когда какойнибудь роутер обнару
живает отказ одного из каналов или другого роутера, он повторно вычис
ляет свои маршруты и отправляет сообщения о корректировке
маршрутизации. Каждый роутер, принимающий сообщение об обновле
нии маршрутизации, в котором содержится изменение, корректирует
свои таблицы и распространяет это изменение.
Формат пакета (Реализация IP)
Первое поле в пакете RIPэто поле команд (command). Это поле со
держит целое число, обозначающее либо запрос, либо ответ. Команда «за
прос» запрашивает отвечающую систему об отправке всей таблицы марш
рутизации или ее части. Пункты назначения, для которых запрашивается
ответ, перечисляются далее в данном пакете. Ответная команда представ
ляет собой ответ на запрос или чаще всего какуюнибудь незатребован
ную регулярную корректировку маршрутизации. Отвечающая система
включает всю таблицу маршрутизации или ее часть в ответный пакет. Ре
Лекция 2: Объединенные сети
182
гулярные сообщения о корректировке маршрутизации включают в себя
всю таблицу маршрутизации.
Поле версии (version) определяет реализуемую версию RIP. Так как
в объединенной сети возможны многие реализации RIP, это поле может
быть использовано для сигнализирования о различных потенциально не
совместимых реализациях.
За 16битовым полем, состоящим из одних нулей, идет поле иден
тификатора семейства адресов (address family identifier). Это поле опреде
ляет конкретное используемое семейство адресов. В сети Internet (круп
ной международной сети, объединяющей научноисследовательские
институты, правительственные учреждения, университеты и частные
предприятия) этим адресным семейством обычно является IP (значе
ние=2), но могут быть также представлены другие типы сетей.
Следом за еще одним 16битовым полем, состоящим из одних ну
лей, идет 32битовое поле адреса (address). В реализациях RIP Internet это
поле обычно содержит какойнибудь адрес IP.
За еще двумя 32битовыми полями из нулей идет поле показателя
RIP (metric). Этот показатель представляет собой число пересылок (hop
count). Он указывает, сколько должно быть пересечено транзитных участ
ков (роутеров) объединенной сети, прежде чем можно добраться до пунк
та назначения.
В каждом отдельном пакете RIP IP допускается появление до 25
вхождений идентификатора семейства адреса, обеспечиваемых полями
показателя. Другими словами, в каждом отдельном пакете RIP может
быть перечислено до 25 пунктов назначения. Для передачи информации
из более крупных маршрутных таблиц используется множество пакетов
RIP.
Как и другие протоколы маршрутизации, RIP использует опреде
ленные таймеры для регулирования своей работы. Таймер корректиров
ки маршрутизации RIP (routing update timer) обычно устанавливается на
30 сек., что гарантирует отправку каждым роутером полной копии своей
маршрутной таблицы всем своим соседям каждые 30 секунд. Таймер не
действующих маршрутов (route invalid timer) определяет, сколько должно
пройти времени без получения сообщений о какомнибудь конкретном
маршруте, прежде чем он будет признан недействительным. Если какой
нибудь маршрут признан недействительным, то соседи уведомляются об
этом факте. Такое уведомление должно иметь место до истечения време
ни таймера отключения маршрута (route flush timer). Когда заданное вре
мя таймера отключения маршрута истекает, этот маршрут удаляется из
таблицы маршрутизации. Типичные исходные значения для этих тайме
ров 90 секунд для таймера недействующего маршрута и 270 секунд для
таймера отключения маршрута.
Лекция 2: Объединенные сети
183
Характеристики стабильности
RIP определяет ряд характеристик, предназначенных для более ста
бильной работы в условиях быстро изменяющейся топологии сети. В их
число входит ограничение числа пересылок, временные удерживания из
менений (holddowns), расщепленные горизонты (splithorizons) и кор
ректировки отмены (poison reverse updates).
Ограничение числа пересылок
RIP разрешает максимальное число пересылок, равное 15. Любому
пункту назначения, который находится дальше, чем на расстоянии 15 пе
ресылок, присваивается ярлык «недосягаемого». Максимальное число пе
ресылок RIP в значительной мере ограничивает его применение в круп
ных объединенных сетях, однако способствует предотвращению
появления проблемы, называемой счетом до бесконечности (count to
infinity), приводящей к зацикливанию маршрутов в сети.
Временные удерживания изменений
Временные удерживания изменений используются для того, чтобы
помешать регулярным сообщениям о корректировке незаконно восстано
вить в правах маршрут, который оказался испорченным. Когда какойни
будь маршрут отказывает, соседние роутеры обнаруживают это. Затем они
вычисляют новые маршруты и отправляют сообщения об обновлении
маршрутизации, чтобы информировать своих соседей об изменениях в
маршруте. Эта деятельность приводит к появлению целой волны коррек
ций маршрутизации, которые фильтруются через сеть.
Приведенные в действие корректировки не одновременно прибы
вают во все устройства сети. Поэтому возможно, что какоенибудь уст
ройство, которое еще не получило информацию о какомнибудь отказе в
сети, может отправить регулярное сообщение о корректировке (в котором
маршрут, который только что отказал, все еще числится исправным) в
другое устройство, которое только что получило уведомление об этом от
казе в сети. В этом случае это другое устройство теперь будет иметь (и воз
можно, рекламировать) неправильную маршрутную информацию.
Команды о временном удерживании указывают роутерам, чтобы
они на некоторое время придержали любые изменения, которые могут
оказать влияние на только что удаленные маршруты. Этот период удержи
вания обычно рассчитывается таким образом, чтобы он был больше пе
риода времени, необходимого для внесения какоголибо изменения о
маршрутизации во всю сеть. Удерживание изменений предотвращает по
явление проблемы счета до бесконечности.
Расщепленные горизонты
Расщепленные горизонты используют преимущество того факта,
Лекция 2: Объединенные сети
184
что никогда не бывает полезным отправлять информацию о какомни
будь маршруте обратно в том направлении, из которого пришла эта ин
формация.
Правило расщепленного горизонта помогает предотвратить марш
рутные петли между двумя узлами.
Корректировки отмены маршрута
В то время как задачей расщепленных горизонтов является предот
вращение образования маршрутных петель между соседними роутерами,
корректировки отмены предназначены для устранения более крупных
маршрутных петель. В основе их действия лежит положение о том, что
увеличение значения показателей маршрутизации обычно указывает на
наличие маршрутных петель. В этом случае отправляются корректировки
отмены для удаления данного маршрута и помещения его в состояние
временного удерживания.
IGRP
Протокол маршрутизации внутренних роутеров (Interior Gateway
Routing ProtokolIGRP) является протоколом маршрутизации, разрабо
танным в середине 1980 гг. компанией Cisco Systems, Inc. Главной целью,
которую преследовала Cisco при разработке IGRP, было обеспечение жи
вучего протокола для маршрутизации в пределах автономной системы
(AS), имеющей произвольно сложную топологию и включающую в себя
носитель с разнообразными характеристиками ширины полосы и задерж
ки. AS является набором сетей, которые находятся под единым управле
нием и совместно используют общую стратегию маршрутизации. Обычно
AS присваивается уникальный 16битовый номер, который назначается
Центром Сетевой Информации (Network Information Center — NIC) Сети
Министерства Обороны (Defence Data Network — DDN).
В середине 1980 гг. самым популярным протоколом маршрутизации
внутри AS был Протокол Информации Маршрутизации (RIP). Хотя RIP
был вполне пригоден для маршрутизации в пределах относительно одно
родных объединенных сетей небольшого или среднего размера, его огра
ничения сдерживали рост сетей. В частности, небольшая допустимая ве
личина числа пересылок (15) RIP ограничивала размер объединенной
сети, а его единственный показатель (число пересылок) не обеспечивал
достаточную гибкость в сложных средах. Популярность роутеров Cisco и
живучесть IGRP побудили многие организации, которые имели крупные
объединенные сети, заменить RIP на IGRP.
Первоначальная реализация IGRP компании Cisco работала в сетях
Лекция 2: Объединенные сети
185
IP. Однако IGRP был предназначен для работы в любой сетевой среде, и
вскоре Cisco распространила его для работы в сетях использующих Про
токол Сет без Установления Соединения (Connectionless Network Protocol
— CLNP) OSI.
Технология
IGRP является протоколом внутренних роутеров (IGP) с вектором
расстояния. Протоколы маршрутизации с вектором расстояния требуют
от каждого роутера отправления через определенные интервалы времени
всем соседним роутерам всей или части своей маршрутной таблицы в со
общениях о корректировке маршрута. По мере того, как маршрутная ин
формация распространяется по сети, роутеры могут вычислять расстоя
ния до всех узлов объединенной сети.
Протоколы маршрутизации с вектором расстояния часто противо
поставляют протоколам маршрутизации с указанием состояния канала,
которые отправляют информацию о локальном соединении во все узлы
объединенной сети.
IGRP использует комбинацию (вектор) показателей. Задержка объ
единенной сети (internetwork delay), ширина полосы (bandwidth), надеж
ность (reliability) и нагрузка (load) — все эти показатели учитываются в ви
де коэффициентов при принятии маршрутного решения.
Администраторы сети могут устанавливать факторы весомости для каж
дого из этих показателей. IGRP использует либо установленные админи
стратором, либо устанавливаемые по умолчанию весомости для автомати
ческого расчета оптимальных маршрутов.
IGRP предусматривает широкий диапазон значений для своих по
казателей. Например, надежность и нагрузка могут принимать любое зна
чение в интервале от 1 до 255, ширина полосы может принимать значе
ния, отражающие скорости пропускания от 1200 до 10 гигабит в секунду,
в то время как задержка может принимать любое значение от 12 до 24го
порядка. Широкие диапазоны значений показателей позволяют произво
дить удовлетворительную регулировку показателя в объединенной сети с
большим диапазоном изменения характеристик производительности. Са
мым важным является то, что компоненты показателей объединяются по
алгоритму, который определяет пользователь. В результате администра
торы сети могут оказывать влияние на выбор маршрута, полагаясь на
свою интуицию.
Для обеспечения дополнительной гибкости IGRP разрешает много
трактовую маршрутизацию. Дублированные линии с одинаковой шири
ной полосы могут пропускать отдельный поток трафика циклическим
способом с автоматическим переключением на вторую линию, если пер
вая линия выходит из строя. Несколько трактов могут также использо
ваться даже в том случае, если показатели этих трактов различны. Напри
Лекция 2: Объединенные сети
186
мер, если один тракт в три раза лучше другого благодаря тому, что его по
казатели в три раза ниже, то лучший тракт будет использоваться в три ра
за чаще. Только маршруты с показателями, которые находятся в пределах
определенного диапазона показателей наилучшего маршрута, использу
ются для многотрактовой маршрутизации.
Формат пакета
Первое поле пакета IGRP содержит номер версии (version number).
Этот номер версии указывает на используемую версию IGRP и сигнали
зирует о различных, потенциально несовместимых реализациях.
За полем версии идет поле операционного кода (opcode). Это поле
обозначает тип пакета. Операционный код, равный 1, обозначает пакет
корректировки; равный 2 — пакет запроса. Пакеты запроса используют
ся источником для запроса маршрутной таблицы из другого роутера. Эти
пакеты состоят только из заголовка, содержащего версию, операционный
код и поля номера AS. Пакеты корректировки содержат заголовок, за ко
торым сразу же идут записи данных маршрутной таблицы. На записи дан
ных маршрутной таблицы не накладывается никаких ограничений, за ис
ключением того, что пакет не может превышать 1500 байтов, вместе с
заголовком IP. Если этого недостаточно для того, чтобы охватить весь
объем маршрутной таблицы, то используются несколько пакетов.
За полем операционного кода идет поле выпуска (edition). Это поле
содержит последовательный номер, который инкрементируется, когда
маршрутная таблица какимлибо образом изменяется. Это значение но
мера выпуска используется для того, чтобы позволить роутерам избежать
обработки корректировок, содержащих информацию, которую они уже
видели.
За полем выпуска идет поле, содержащее номер AS (AS number). Это
поле необходимо по той причине, что роутеры Cisco могут перекрывать
несколько AS. Несколько AS (или процессов IGRP) в одном роутере хра
нят информацию маршрутизации AS отдельно.
Следующие три поля обозначают номер подсетей, номер главных
сетей и номер внешних сетей в пакете корректировки. Эти поля присут
ствуют потому, что сообщения корректировки IGRP состоят из трех час
тей: внутренней для данной подсети, внутренней для текущей AS и внеш
ней для текущей AS. Сюда включаются только подсети сети, связанной с
тем адресом, в который отправляется данная корректировка. Главные се
ти (т.е. не подсети) помещаются во «внутреннюю для текущей AS» часть
пакета, если только они не помечены четко как внешние. Сети помечают
ся как внешние, если информация о них поступает во внешней части со
общения из другого роутера.
Последним полем в заголовке IGRP является поле контрольной
Лекция 2: Объединенные сети
187