Вспомогательные протоколы транспортной системы

Настало время сказать, что на рис. 4.17 показан упрощенный вариант распре­деления протоколов между элементами сети. В реальных сетях некоторые из коммуникационных устройств поддерживают не только протоколы трех нижних уровней, но и протоколы верхних уровней. Так, маршрутизаторы реализуют про­токолы маршрутизации, позволяющие автоматически строить таблицы маршру­тизации, а концентраторы и коммутаторы часто поддерживают протоколы SNMP и telnet, которые не нужны для выполнения основных функций этих устройств, но позволяют конфигурировать и управлять ими удаленно. Все эти протоколы являются протоколами прикладного уровня и выполняют некоторые вспомога­тельные (служебные) функции транспортной системы. Очевидно, что для работы прикладных протоколов сетевые устройства должны также поддерживать прото­колы промежуточных уровней, таких как IP и TCP/UDP.

Вспомогательные протоколы можно разделить на группы, в соответствии с их функциями.

□ Первую группу вспомогательных протоколов представляют протоколы мар­шрутизации, такие как RIP, OSPF, BGP. Без этих протоколов маршрутизаторы не смогут продвигать пакеты, так как таблица маршрутизации будет пустой (если только администратор не заполнит ее вручную, но это не очень хорошее решение для крупной сети). Если рассматривать не только стек TCP/IP, но и стеки протоколов сетей с виртуальными каналами, то в эту группу попадают служебные протоколы, которые используются для установления виртуальных каналов.

□ Другая группа вспомогательных протоколов выполняет преобразование адре­сов. Здесь работает протокол DNS, который преобразует символьные имена узлов в IP-адреса. Протокол DHCP позволяет назначать IP-адреса узлам ди­намически, а не статически, что облегчает работу администратора сети.

□ Третью группу образуют протоколы, которые используются для управления сетью. В стеке TCP/IP здесь находится протокол SNMP (Simple Network Management Protocol — простой протокол управления сетью), который позво­ляет автоматически собирать информацию об ошибках и отказах устройств, а также протокол telnet, с помощью которого администратор может удаленно конфигурировать коммутатор или маршрутизатор.

При рассмотрении вспомогательных протоколов мы столкнулись с ситуацией, когда деления протоколов на уровни иерархии (то есть деление «по вертикали»), которое существует в модели OSI, оказывается недостаточно. Полезным оказы­вается деление протоколов на группы «по горизонтали».

Й хотя такое деление отсутствует в модели OSI, оно существует в других стеках протоколов. Например, при стандартизации сетей ISDN, которые, как мы уже упоминали, используют как принцип коммутации пакетов, так и принцип ком­мутации каналов, все протоколы разделены на три группы (рис. 4.18):

□ пользовательский слой (user plane) образует группа протоколов, предназна­ченных для того, чтобы переносить пользовательский голосовой трафик;

□ слой управления (control plane) составляют протоколы, необходимые для ус­тановления соединений в сети;

□ в слой менеджмента (management plane) входят протоколы, поддерживающие операции менеджмента, такие как анализ ошибок и конфигурирование уст­ройств.

Пользовательский слой	Слой управления	Слой менеджмента
Прикладной уровень		Прикладной уровень		Прикладной уровень
Уровень представления		Уровень представления		Уровень представления
Сеансовый уровень		Сеансовый уровень		Сеансовый уровень

Транспортный уровень

Сетевой уровень

Канальный уровень

Физический уровень

Рис. 4.18. Три группы протоколов

И хотя такое «горизонтальное» деление протоколов пока не является общепри­нятым для компьютерных сетей, оно полезно, так как позволяет глубже понять назначение протоколов. Кроме того, оно объясняет сложности при соотнесении некоторых протоколов уровням модели OSI. Например, в книгах одних авторов протоколы маршрутизации могут находиться на сетевом уровне, а в книгах дру­гих — на прикладном. Это происходит не из-за небрежности авторов, а из-за объ­ективных трудностей классификации. Модель OSI хорошо подходит для стан­дартизации протоколов, которые переносят пользовательский трафик, то есть протоколов пользовательского слоя. В то же время она в гораздо меньшей степе­ни подходит для стандартизации вспомогательных протоколов. Поэтому многие авторы и помещают протоколы маршрутизации на сетевой уровень, чтобы ка­ким-то образом отразить функциональную близость этих протоколов к транс­портным услугам сети, которые реализуются протоколом IP.

Выводы

Эффективной моделью средств взаимодействия компьютеров в сети является многоуровне­вая структура, в которой модули вышележащего уровня при решении своих задач рассматри­вают средства нижележащего уровня как некий инструмент. Каждый уровень данной струк­туры поддерживает интерфейсы двух типов. Во-первых, это интерфейсы услуг с выше- и нижележащими уровнями «своей» иерархии средств. Во-вторых, это одноранговый интерфейс со средствами другой взаимодействующей стороны, расположенными на том же уровне иерархии. Этот интерфейс называют протоколом.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для взаимодействия узлов в сети, называется стеком протоколов. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней — как правило, программ­ными средствами. Программный модуль, реализующий некоторый протокол, называют прото­кольной сущностью, или тоже протоколом.

В начале 80-х годов ISO, ITU-T при участии некоторых других международных организаций по стандартизации разработали стандартную модель взаимодействия открытых систем (OSI). Мо­дель OSI содержит описание обобщенного представления средств сетевого взаимодействия и используется в качестве своего рода универсального языка сетевых специалистов, именно поэтому ее называют справочной моделью. Модель OSI определяет 7 уровней взаимодейст­вия, дает им стандартные имена, указывает, какие функции должен выполнять каждый уро­вень.

Открытой системой может быть названа любая система (компьютер, компьютерная сеть, опе­рационная система, программный пакет, другие аппаратные и программные продукты), кото­рая построена в соответствии с общедоступными спецификациями и стандартами, принятыми в результате публичного обсуждения всеми заинтересованными сторонами.

В зависимости от области действия различают стандарты отдельных компаний, стандарты спе­циальных комитетов и объединений, национальные стандарты, международные стандарты.

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей является стан­дартизация коммуникационных протоколов. Примерами стандартизованных стеков протоколов являются TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, OSI, DECnet, SNA. Лидирующее положение занимает стек TCP/IP, он используется для связи десятков миллионов компьютеров всемирной инфор­мационной сети Интернет. Стек TCP/IP имеет 4 уровня: прикладной, транспортный, межсете­вого взаимодействия и сетевых интерфейсов. Соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

Вопросы и задания

1. Что стандартизирует модель OSI?

2. Можно ли представить еще один вариант модели взаимодействия открытых систем с другим количеством уровней, например 8 или 5?

3. Ниже перечислены оригинальные (англоязычные) названия семи уровней мо­дели OSI. Отметьте, какие из названий уровней не соответствуют стандарту?

О physical layer

О data-link layer

О network layer

О transport layer

О seances layer

О presentation layer

О application layer

4. Какие из приведенных утверждений вы считаете ошибочными:

О протокол — это программный модуль, решающий задачу взаимодействия систем;

О протокол — это формализованное описание правил взаимодействия, вклю­чающих последовательность обмена сообщениями и их форматы;

О термины «интерфейс» и «протокол», в сущности, являются синонимами.

5. На каком уровне модели OSI работает прикладная программа?

6. Как вы считаете, протоколы транспортного уровня устанавливаются только на конечных узлах, только на промежуточном коммуникационном оборудова­нии (маршрутизаторах) или и там, и там?

7. На каком уровне модели OSI работают сетевые службы?

8. Ниже перечислены некоторые сетевые устройства: О маршрутизатор;

О коммутатор; О мост; О повторитель; О сетевой адаптер; О концентратор.

В каком из этих устройств реализуются функции физического уровня модели OSI? Канального уровня? Сетевого уровня?

9. Какое название традиционно используется для единицы передаваемых дан­ных на каждом из уровней? Заполните таблицу.

	Пакет	Сообщение	Кадр	Поток	Сегмент
Канальный уровень
Сетевой уровень
Транспортный уровень
Сеансовый уровень
Уровень представления
Прикладной уровень

10. Дайте определение открытой системы.

И. Пусть малоизвестная небольшая компания предлагает нужный вам продукт с характеристиками, превосходящими характеристики аналогичных продук­тов известных фирм. В каком из перечисленных вариантов ваши действия можно считать согласующимися с принципом открытых систем:

О приму предложение, проверив прилагаемую документацию и убедившись, что в ней указаны характеристики, превосходящие известные аналоги;

О приму предложение только после того, как проведу тестирование и удо­стоверюсь, что характеристики действительно лучше;

О в любом случае откажусь в пользу продукта известной фирмы, так как по­следняя наверняка следует стандартам, а значит, будет меньше проблем с совместимостью;

О откажусь от продукта неизвестной компании, так как есть риск ее исчезно­вения, а значит, могут быть проблемы с поддержкой.

12. Какая организация разработала стандарты сетей Ethernet?

13. Какое из административных подразделений Интернета непосредственно за­нимается стандартизацией?

14. Какие из перечисленных терминов являются синонимами: О стандарт;

О спецификация; О RFC; О никакие.

15. К какому типу стандартов могут относиться современные документы RFC: О к стандартам отдельных фирм;

О к государственным стандартам; О к национальным стандартам; О к международным стандартам.

16. Какая организация стояла у истоков создания и стандартизации стека TCP/IP?

17. Определите основные особенности стека TCP/IP.

18. Сравните функции самых нижних уровней моделей TCP/IP и OSI.

19. Дайте определение транспортных и информационных услуг.

20. Какие протоколы относятся к слою управления (control plane)? А к слою ме­неджмента (management plane)?

21. Должны ли маршрутизаторами поддерживаться протоколы транспортного уровня?

22. Пусть на двух компьютерах установлено идентичное программное и аппарат­ное обеспечение за исключением того, что драйверы сетевых адаптеров Ethernet поддерживают отличающиеся интерфейсы с протоколом сетевого уровня IP. Будут ли эти компьютеры нормально взаимодействовать, если их соединить в сеть?

23. Как организовать взаимодействие двух компьютеров, если у них отличаются протоколы:

О физического и канального уровней; О сетевого уровня; О прикладного уровня.

24. Опишите ваши действия в случае, если вам необходимо проверить, на каком этапе находится процесс стандартизации технологии MPLS?

25. Выясните, в каком направлении IETF работает в настоящее время наиболее интенсивно (в качестве критерия можно использовать, например, количество рабочих групп)?

ГЛАВА 5 Примеры сетей

В этой главе рассматриваются примеры наиболее популярных типов сетей — сетей операторов связи, корпоративных сетей и Интернет. Несмотря на различия между этими типами сетей, они имеют много общего и, прежде всего, схожую архитектуру. Так, любая телекоммуника­ционная сеть состоит из магистрали, сетей доступа, информационных центров и оборудова­ния клиентов. Естественно, что эта обобщенная схема наполняется собственным содержа­нием для каждого конкретного типа сети.

Сети телекоммуникационных операторов отличаются тем, что они предоставляют публичные услуги. Традиционными услугами операторов связи являются услуги телефонии, а также пре­доставления каналов связи в аренду тем организациям, которые собираются строить на их основе собственные сети. С распространением компьютерных сетей операторы связи суще­ственно расширили спектр своих услуг, добавив доступ к Интернету, виртуальные частные сети, веб-хостинг, электронную почту и IP-телефонию, а также широковещательную рассыл­ку аудио- и видеосигналов.

С середины 80-х годов 20-го века в мире начался процесс лишения традиционных операто­ров связи монополии на предоставление публичных услуг. Этот процесс привел к появлению альтернативных операторов, пытающихся привлечь клиентов расширенным набором услуг и более привлекательным соотношением цены и качества услуг. Знание административного устройства телекоммуникационного мира полезно для понимания особенностей сетевых технологий, которые в некоторых случаях специально разработаны для операторов опреде­ленного типа.

Корпоративные сети имеют иерархическую структуру, аналогичную структуре сетей операто­ров связи, и отличаются от них тем, что, как правило, предоставляют услуги только сотрудни­кам предприятия, которое владеет этой сетью.

Заканчивается глава описанием Интернета. Эта сеть, уникальная во многих отношениях, ока­зала критическое влияние на развитие сетевых технологий в современном мире.