Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
35
PAGE 1
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
EMBED CorelDraw.Graphic.7
Лекция 8. ТРАНСПОРТНАЯ СЕТЬ. ТРАНСПОРТНЫЙ И СЕТЕВОЙ УРОВНИ. 8.1. Структура транспортной сети.
Логическая система, позволяющая организовать передачу информации от процесса расположенного в одной абонентской машине, к процессу, находящемуся в другой абонентской машине называется транспортной сетью.
Логическая структура системы, именуемая транспортной сетью, показана на рис.8.1, из которого следует, что транспортная сеть, состоит из двух взаимодействующих друг с другом логических модулей двух типов: коммуникационных и транспортных.
Транспортные модули обеспечивают создание входов-выходов транспортной сети, управляют передачей в сети (логическим каналом и потоками данных) и образуют транспортный уровень.
Коммуникационные модули осуществляют маршрутизацию информации, управляют коммуникационными ресурсами сети (управление сетью) и образуют сетевой уровень.
Особое значение имеет часть транспортной сети, включающая коммуникационные модули связанные друг с другом магистральными каналами. Ее называют коммуникационной сетью. Задачей коммуникационной сети является передача пакетов либо последовательностей пакетов по указанным адресам.
Она является ядром, вокруг которого образуется как транспортная, так и вся вычислительная сеть.
Пакеты в транспортной сети передаются поэтапно от одного логического модуля к другому. Перед передачей, пакет упаковывается в информационный кадр, а после передачи по каналу извлекается из этого кадра.
Транспортная сеть должна удовлетворять большому числу разнообразных требований, основными из которых являются:
- передача пакетов, размер которых ограничен сверху (обычно не более 2000 бит);
- наличие малой задержки при пересылке пакета (менее 0,5c);
- обладание низким уровнем ошибок (около 10 % на каждый бит);
- обеспечение сохранности пакетов (потеря пакета либо его удвоение не более 10 % на каждый бит);
- разрешение включения в пакеты любых комбинаций бит (кодов информации), т.е. быть прозрачно для всех пакетов.
Эти требования определяют характер программной структуры транспортной сети, в которой уровни управления передачей и управления сетью обеспечивают транспортировку информации по всей вычислительной сети.
Структура программного обеспечения передачи информации между портами (процессами) имеет вид, показанный на рис..8.2а, 8.2б, из которых следует, что программа управления сетью входит в состав как транспортного, так и коммуникационного модуля.
Программа управления передачей включается только в транспортный модуль. Передача информации между каждой парой смежных машин выполняется логической системой, именуемой транспортным каналом, который включает (см. рис. 8.2а, 8.2б) физический канал, а также расположенные по его концам программы управления информационным каналом и управления физическим каналом.
Ранее было введено в рассмотрение понятие логического канала - условной линии, соединяющей два процесса (точнее порта), расположенных в различных абонентских машинах. В соответствии с этим транспортная сеть, показанная на рис.8.2б, может быть представлена в виде, показанном на рис.8.3.
Этот рисунок показывает, что транспортная сеть предоставляет процессам постоянные либо временные каналы, обеспечивающие любые необходимые формы взаимодействия между портами.
Связь двух процессов осуществляется пересылкой массивов информации по логическим каналам от одного порта к другому. Транспортируемые пакеты делятся на две группы: информационные и управляющие.
Вычислительная сеть часто строится на базе не одной, а ассоциации нескольких взаимосвязанных транспортных сетей. Это необходимо тогда, когда в создаваемую вычислительную сеть включаются на правах дополнительных (локальных) сетей уже существующие терминальные комплексы либо другие слои, программное обеспечение которых не соответствует протоколам создаваемой вычислительной сети.
Пример ассоциации трех транспортных сетей показан на рис. 8.4, на котором приводится связь основной транспортной сети с двумя дополнительными.
Рис. 8.4. Ассоциация транспортных сетей.
Так как протоколы верхних уровней программной структуры этих сетей отличаются друг от друга, то в местах соединения сетей устанавливаются трансляторы (шлюзы).
Физическая реализация транспортной сети заключается в размещении логических модулей в вычислительных машинах. Каждая из них может реализовать один либо несколько логических модулей. Поэтому схема размещения модулей в машинах определяется размерами ЭВМ и располагаемым ими программным обеспечением: операционными системами и методами телеобработки информации.
Пример физической структуры вычислительной сети, реализующей ассоциацию транспортных сетей показан на рис. 8.5. Она соответствует ассоциации, показанной на рис. 8.4.
Абонентские машины 1, 3 имеют программную структуру, соответствующую протоколам создаваемой транспортной сети. Поэтому порты (концы логических каналов) этой сети реализуются внутри указанных машин. Если же программное обеспечение абонентской машины не удовлетворяет требованиям протоколов сети, между ней и основной сетью устанавливается интерфейсная машина, реализующая транспортные модули двух сетей. Так, на рис. 8.5 показана интерфейсная машина, в которой находятся порты основной (1) и локальной (2) транспортных сетей. Связь между этими портами выполняется программой-транслятором. Аналогично этому связь с локальной транспортной сетью 3 (см. рис. 8.4) осуществляется интерфейсно-коммуникационной машиной. В этой машине располагаются три логических модуля двух транспортных сетей (транспортный модуль сети 1, транспортный и коммуникационный модули сети 3).
Коммуникационные и терминально-коммуникационные модули реализуются в минимашинах или микромашинах различных типов. Причем, существуют сети (см. табл. 8.1), в которых используются или только коммуникационные модули, или терминально-коммуникационные, или и те и другие.
В зависимости от того, как в транспортных сетях осуществляется передача информационных пакетов, эти сети делятся на датаграммные и виртуальные.
Если в транспортной сети логическими модулями (см. рис. 8.1) обеспечивается передача только отдельных, не связанных друг с другом пакетов (с точки зрения этой сети), то ее называют датаграммной, а передаваемые по ней автономные пакеты - датаграммы. Характер работы датаграммной транспортной сети аналогичен функционированию почты, пересылающей адресатам, находящимся в транспортных модулях, отдельные письма (пакеты).
Вторым типом транспортной сети является виртуальная сеть, в которой между всеми логическими модулями передаются последовательности (цепочки) взаимосвязанных пакетов. Работа этой сети аналогична функционированию телефонной сети, соединяющей непосредственно два абонента (порта), для передачи между ними любой информации. И в этой аналогии совершенно не важно, что в телефонной сети за счет коммутации каналов двум абонентам предоставляется последовательность физических каналов, а в виртуальной сети взаимодействие абонентов осуществляется по логическому каналу.
Основные особенности датаграммной и виртуальной транспортных сетей показаны в табл. 8.1.
Таблица 8.1
|
Характеристики |
Тип |
сети |
|
Датаграммная |
Виртуальная |
|
|
Передаваемые объекты |
Отдельные, не связанные друг с другом (с точки зрения сети) пакеты |
Последовательности (цепочки) взаимосвязанных пакетов |
|
Обеспечиваемый порядок передачи пакетов |
Случайный |
Заданный |
|
Меры защиты сети от переполнения пакетами |
Выбрасывание пакетов в нужной точке сети |
Запрет на передачу очередной последовательности пакетов |
|
Надежность доставки пакетов |
Не гарантируется |
Гарантируется |
|
Структура коммуникационных модулей |
Относительная простота |
Более сложная |
|
Структура транспортных модулей |
Более сложная |
Относительная простота |
В датаграммной сети транспортный модуль посылает пакеты, не выясняя загрузку коммуникационных модулей. Поэтому в данной сети некоторые модули могут переполнятся пакетами, которые в этом случае просто выбрасываются. Это требует принятия мер для вторичной передачи потерянных пакетов в сеть. Что касается транспортного модуля виртуальной сети, то он может послать очередную последовательность пакетов только после получения разрешения сети.
Поэтому здесь сеть не переполняется пакетами. Сравнивая между собой датаграммную и виртуальную транспортные сети, следует иметь в виду, что обе они глобально (от порта к порту) выполняют одни и те же задачи, но различными методами. Датаграммная сеть позволяет упростить структуру коммуникационных модулей и процедуры передачи пакетов между модулями, но требуют создания относительно сложных транспортных модулей. В противоположность ей виртуальная транспортная сеть позволяет значительно упростить структуру транспортных модулей, но усложняет коммуникационные модули и процедуры передачи пакетов между модулями.
Структурные преимущества датаграммных сетей лучше используются в вычислительных сетях с большим числом коммуникационных машин и относительно небольшим числом абонентских машин. И наоборот, структурные характеристики виртуальных сетей эффективнее используются в вычислительных сетях с небольшим числом коммуникационных машин и значительным числом абонентских машин.
Наличие преимуществ и недостатков в рассматриваемых типах транспортных сетей привело к тому, что в настоящее время у разработчиков вычислительных сетей нет единого мнения о структуре этих сетей. Так, в табл. 8.2 показаны типы транспортных сетей, используемые пятнадцатью крупными организациями и разработчиками. Большинство из них (включая CCITT и IBM) предпочитают
Таблица 8.2.
|
Организация либо вычислительная сеть |
Тип транспортной |
сети |
|
Датаграммная |
Виртуальная |
|
|
CCITT |
Да, Х.25.*) |
|
|
ISO |
Да |
Да, Х.25. |
|
ANSI |
Да |
Да, Х.25. |
|
IFIP |
Да |
|
|
IBM |
Да |
|
|
PIX |
Да, Х.25. |
|
|
ARPA |
Да |
Да |
|
CYCLADES |
Да |
|
|
SITA |
Да |
|
|
EIN |
Да |
Да, Х.25. |
|
TELENET |
Да, Х.25. |
|
|
DATAPAC |
Да, Х.25. |
|
|
EPSS |
Да |
Да |
|
TRANSPAC |
Да, Х.25. |
|
|
EURONET |
Да, Х.25. |
*) - Рекомендация МККТТ Х.25. ( Протоколы транспортной сети)
виртуальные сети. Вместе с этим значительное число организаций разрабатывает протоколы комбинированных виртуально-датаграммных транспортных сетей, обеспечивающих работу в двух режимах: датаграммном и виртуальном. Такая сеть в принципе является виртуальной. Однако в заголовке пакета посылающая транспортная станция может указать символ, сообщающий, что данный пакет является единственным (датаграммой) и нет необходимости выполнять процедуры, связанные с подготовкой приема следующих пакетов и образования последовательности пакетов.
Практически каждая из созданных в наше время вычислительных сетей имеет свои стандарты и протоколы, все это приводит к появлению сложных проблем взаимодействия сетей друг с другом. Поэтому в последние годы ряд международных организаций ведет разработку стандартов, протоколов и терминологии.
Виртуально-датаграммную транспортную сеть определяет разработанный протокол X.25/3 МККТТ (Уровень 3 рекомендации Х.25 МККТТ): “формат пакета и процедуры управления для обмена пакетами, содержащими информацию управления и данные пользователя”. Этот протокол описывает требования, предъявляемые к двум элементам программной структуры вычислительной сети: управление передачей и управление сетью, что соответствует четвертому (транспортному) и третьему (сетевому) уровням иерархии протоколов вычислительной сети.
8.2. Транспортный уровень управления передачей.
8.2.1. Общие сведения.
Целью транспортного уровня является передача информации между объектами сеансового уровня.
Последние называются транспортными пользователями. Этим пользователям транспортный уровень предоставляет транспортные соединения, конечные точки которых являются портами вычислительной сети. При этом между парой транспортных пользователей может быть установлено одно либо более транспортных соединений. Транспортный сервис обеспечивается передачей как нормальных, так и скоростных (с высшем приоритетом) транспортных сервисных блоков данных.
Работа транспортного уровня определяется его протоколами, которые относятся к протоколам типа “конец-конец”. Этим определением подчеркивается, что протоколы транспортного уровня определяют передачу информации по всей транспортной сети от одного порта (см. рис.8.1) до другого.
В соответствии с протоколами транспортный уровень обеспечивает:
- установление и разъединение транспортных соединений;
- преобразование транспортных соединений в сетевые;
- управление потоками информации на всем пути от порта до порта;
- обнаружение ошибок на этом пути; восстановление передачи после появления неисправностей и ошибок;
- контроль последовательности передачи массивов информации на всем протяжении от одного порта до другого.
Виды сервиса, предоставляемые транспортным уровнем, выбираются пользователями при установлении транспортного соединения. При необходимости вид этого сервиса может быть изменен.
Работа транспортного уровня определяется параметрами качества сервиса, к которым относятся:
- не выявленные ошибки;
- готовность сервиса;
- задержка передачи данных;
- запаздывание в установлении соединения;
- пропускная способность передачи;
- гарантированность доставки блоков данных.
Транспортный уровень обеспечивает сегментацию и объединение массивов информации, передаваемых через всю транспортную сеть от одного порта к другому.
Если имеются достаточные ресурсы, то эти процедуры могут объединяться с функциями исправления ошибок и гарантирования безошибочной передачи данных При необходимости отправителю направляются предупреждения о том, что данные переданы и ошибок не содержат.
Транспортный уровень может использовать несколько различных коммуникационных ресурсов, что позволяет создавать интегральные (комбинированные) коммуникационные сети, осуществляющие коммутацию пакетов и предоставляющие прикладным процессам прямые каналы.
Таким образом, транспортный уровень, с одной стороны необходим для обеспечения процедур удаленного информационного обмена (взаимодействия) между прикладными процессами расположенными в разных машинах, т.к. взаимодействие между прикладными процессами расположенными в одной машине, может осуществляться непосредственно на сеансовом уровне без использования транспортного уровня.
С другой стороны, транспортный уровень призван компенсировать издержки в передаче сообщений (пакетов), которые могут иметь место на сетевом уровне, поскольку последний не может гарантировать исключение нежелательных явлений, связанных с потерей, искажением, изменением порядка следования засылкой пакетов не по адресу и т.п. В подобных случаях транспортный уровень обеспечивает действительно надежную «сквозную связь» на уровне абонент - абонент.
Понятие «сквозной» также предполагает, что на этом уровне обмен данными осуществляется через другие, находящиеся на пути уровни, системы (объекты) и связывающие их физические соединения.
Предоставляемые транспортным уровнем соединения являются прозрачными для вышестоящих уровней, т.е. по ним могут передаваться любые используемые коды и осуществляться любые методы организации диалога на сеансовом уровне.
Для надежной работы между парой сеансовых объектов может быть установлено несколько транспортных соединении, осуществляемых независимо друг от друга.
Транспортный уровень предусматривает три вида услуг для сеансового уровня:
- образование необходимых соединений;
- выдачу справок о работе уровня;
- циркулярную (широковещательную) передачу данных всем имеющимся в вычислительной сети прикладным процессам (такая необходимость возникает, например, в случае, когда в сети появляется новый банк данных).
Функции транспортного уровня делятся на две группы: управления и передачи данных. К ним относятся:
- установление и разъединение транспортных соединений, связывающих информационные процессы;
- объединение нескольких сеансовых соединений в одно транспортное и преобразование нескольких транспортных в одно сеансовое соединение;
- управление последовательностью и целостностью блоков, передаваемых через транспортное соединение;
- установление соответствия между сетевыми адресами и адресами доставки;
- обнаружение ошибок, их частичное восстановление, сообщение о не восстановленных ошибках;
- восстановление соединения после возникших ошибок;
- укрупнение либо разукрупнение передаваемых блоков данных;
- управление потоками транспортных блоков;
- выдача подтверждений о принятых блоках;
- сброс с транспортного соединения блоков при тупиковых ситуациях.
Объекты сеансового уровня могут варьировать уровень услуг, предоставляемых транспортным уровнем: пропускную способность соединения, допустимый уровень необнаруженных ошибок, выдачу сообщения о доставке данных и т.п. Тем самым обеспечивается различное качество и стоимость обслуживания.
Фазы функционирования транспортного уровня:
- установление транспортного соединения;
- передача данных;
- разъединение транспортного соединения.
Реализующий транспортную службу комплекс программ (транспортный модуль), располагаемый в машине вычислительной сети или терминального комплекса называется транспортной станцией. Ее главными функциями являются управление установлением и ликвидацией соединения, управление потоком, буферизация и мультиплексирование. Транспортная служба организует соединения в двух возможных режимах:
- датаграммный режим;
- режим виртуальных соединений.
В настоящее время наибольшее применение находит пока режим виртуальных соединений. Более подробно об обоих режимах речь пойдет ниже.
Важной функцией транспортного уровня является управление потоком. Поскольку никакая транспортная станция не имеет бесконечного буферного пространства, то должен обеспечиваться некоторый способ для предотвращения переполнения “медленного” получателя “быстрым” отправителем. Управление потоком осуществляется и на транспортном и на сетевом и на канальном уровнях, однако на транспортном уровне оно имеет ряд особенностей.
На транспортном уровне может поддерживаться одновременно много соединений. Для достижения высокой производительности на каждом из транспортных соединений желательно было бы использовать процедуру, при которой создается буферный пул, используемый всей совокупностью соединений. В этом случае соединение занимает один из свободных буферов по мере необходимости (динамически). Эта стратегия влечет за собой некоторый риск, поскольку ни одного буфера может не оказаться в тот момент, когда он понадобится. Чтобы избежать этого риска, необходимо резервирование буферов. Кроме того, если буфера имеют фиксированный размер, а длина сообщений варьируется в широких пределах, то пул буферов фиксированного размера также не решает проблемы. Поэтому каждая транспортная станция должна создаваться с учетом компромиссов, учитывающих специфику рабочей нагрузки.
Процедуры транспортного уровня в настоящее время регламентированы рядом стандартов и рекомендацией Х.25 МККТТ.
В соответствии с рекомендацией Х.25 для установления транспортного соединения используются транспортные адреса. Каждый транспортный адрес однозначно идентифицирует некоторую транспортную станцию и некоторый порт (оконечную точку соединения) внутри этой станции. В процедуре Х.25 предусмотрено использование для адресации 14-значных номеров. Первые три знака идентифицируют страну, а четвертый - сеть внутри страны (для стран, которые, как ожидается, будут иметь более десяти сетей общего пользования, выделяется несколько знаков). Последние десять цифр адреса Х.25 предназначены для идентификации каждого объекта сети.
8.2.2. Стандарты транспортного уровня.
В соответствии с эталонной моделью МОС транспортный уровень выполняет все необходимые процедуры для обеспечения надежной и эффективной передачи данных из конца в конец от одного пользователя (сеансового объекта) к другому.
Предоставляемый сервис включает:
- транспортный сервис с соединением;
- транспортный сервис без соединения.
Разнотипность применяемых на практике сетей передачи данных привела к появлению ряда стандартных транспортных протоколов и приложений к ним с различными наборами функций. На настоящий момент известны следующие международные стандарты (МС) и документы МОС:
- транспортный сервис с соединением (МС 8072);
- транспортный сервис без соединения (приложение №1 к МС 8072);
- транспортный протокол с соединением (МС 8073);
- транспортный протокол без соединения (МС 8602);
- подпротокол (класс 4) транспортного протокола с соединением над сетевым сервисом без соединения (приложение №2.2 к МС 8073);
- подпротокол управления сетевым соединением (приложение 1 к МС 8073).
Соотношение всех перечисленных стандартов по транспортному уровню показано на рис.8.6.
Транспортный сервис с соединением обеспечивается протоколов типа “с соединением” и приложениями к нему. Этот протокол фактически содержит пять различных протоколов, именуемых классами и ориентированных на разный сетевой сервис. В стандарте МС 8073 определяются три типа такого сервиса:
А - с приемлемым для пользователей уровнем обнаруживаемых ошибок и приемлемой частотой сообщений об обнаруживаемых ошибках;
Б - с приемлемым для пользователей уровнем не обнаруживаемых ошибок, но неприемлемой частотой сообщений об обнаруживаемых ошибок;
В - с неприемлемым для пользователей уровнем не обнаруживаемых ошибок и неприемлемой частотой сообщений об обнаруживаемых ошибках.
Каждый класс транспортного протокола имеет различную функциональность. Это связано с необходимостью обеспечивать, с одной стороны, надежный транспортный сервис над сетевым сервисом с ухудшенными характеристиками, а с другой стороны, устранять избыточные транспортные функции при использовании качественного сетевого сервиса. Соотношение используемых классов транспортного протокола и типов сетевого сервиса приведено на рис.8.7.
На рис.8.7 условно показано, что чем больше функциональность класса, тем хуже может быть качество используемого сетевого сервиса при сохранении неизменным транспортного сервиса.
Наличие классов 0, 2 для сервиса типа А и классов 1, 3 для сервиса типа В связано с оптимизацией использования сетевых ресурсов, поскольку классы 1 и 3 отличаются от классов 0 и 2 процедурами мультиплексирования транспортных соединений в сетевые. Функция мультиплексирования позволяет более рационально использовать сетевые ресурсы, а также снизить затраты на используемые сетевые соединения (особенно в тех случаях, когда стоимость установления нового соединения велика по сравнению со стоимостью передачи объема данных, необходимых для установления транспортного соединения).
Дополнительная оптимизация достигается при использовании подпротокола управления сетевыми соединениями (приложение 1 к MC 8073), который позволяет:
- мультиплексировать транспортные соединения в сетевые не только владельцу (т.е. инициатору) сетевого соединения, как это делается в транспортном протоколе, но и партнеру по соединению;
- передавать подробную информацию о причинах разъединения сетевых соединений с цепью ускорить их восстановление;
- обеспечить идентификацию транспортных протоколов (как стандартных, так и не стандартных), используемых на данном сетевом соединении.
Эти задачи решаются процедурами подпротокола, в которых происходит обмен следующими протокольными блоками данных (ПБД):
- “UN” - ПБД использования соединения;
- “NCM” - ПБД управления соединением;
- “DIAG” - ПБД диагностики;
- “NCMC” - ПБД подтверждения управления соединением.
В ПБД “UN” указывается, как будет использоваться сетевое соединение одним либо последовательно несколькими транспортными протоколами и какими именно.
В ПБД “NCM” - передается идентификатор сетевого соединения (это необходимо при его восстановлении), способ восстановления (т.е. кто восстанавливает) и владелец.
Кроме того, в NCM допускается указывать, что право на соединение имеют два объекта, тогда каждый из них может мультиплексировать свои транспортные соединения в данное сетевое соединение.
Блок DIAG служит для уточнения причины разъединения сетевого соединения (например, сетевое соединение больше не требуется, переполнение у владельца (объекта-рецептора) и т.д.)
Блок NCMC содержит только код типа блока и служит ответом на ПБД “NCM”.
Порядок использования блоков сводится к следующему. При установлении сетевого соединения инициатор передает один из блоков UN, NCM или оба вместе Если партнер согласен использовать протокол управления сетевыми соединениями, он отвечает блоком NCMC, если же отказывается, то игнорирует эти ПБД. Тогда сетевое соединение будет использоваться согласно стандартному транспортному протоколу (МС 8073).
Блок DIAG передается тогда, когда партнер не согласен установить сетевое соединение либо разъединяет его.
Рассматриваемый подпротокол имеет также средства обнаружения и устранения ситуаций дублирования сетевых соединений. Эти ситуации возникают вследствие равных прав на сетевое соединение, например при его восстановлении. Устранение дублирования связано с ликвидацией одного из соединений.
При наличии сетевого сервиса без соединения транспортный сервис с соединением может быть обеспечен модифицированным транспортным протоколом класса 4. Этот класс ориентирован на сетевой сервис типа С и имеет развитые средства защиты от ошибок, в том числе не обнаруживаемых сетевым уровнем. Сетевой сервис без соединения отличается от сервиса с соединением перечнем и порядком использования сервисных примитивов, а также отсутствием извещения о потере данных. По своему качеству такой сервис может быть сравним с сервисом типа С. Для переориентации на другие сервисные примитивы в стандарте MC 8073 (Приложение 2.2) приведен модифицированный протокол класса 4. Эта модификация затрагивает только те процедуры, которые связаны с доступом к сетевому соединению, предоставляемый транспортный сервис при этом не меняется.
Рассмотрим теперь группу стандартов, ориентированных на предоставление транспортного сервиса без соединения. Такой сервис описывается в стандарте МС 8072 (Приложение 1) и поддерживается протоколом типа “без соединения” в соответствии со стандартом МС 8602. Этот протокол имеет два режима и может использовать оба типа сетевого сервиса: без соединения - (РП БС) и с соединением - (РП СС).
Протокол РП БС может быть охарактеризован как протокол минимальной функциональности: единственная функция, выполняемая протоколом - это защита транспортных ПБД от искажений с помощью контрольной суммы. Поскольку использование такой защиты определяется пользователем, в принципе возможен вариант, когда транспортный протокол ничего не добавляет к сетевому сервису, требуя тем не менее некоторых “накладных расходов” по обработке ТПБД. Существенным ограничением здесь является максимальный размер блока передаваемых данных, ограничен и размер ТСБД.
Протокол РП СС обладает большей функциональностью, чем протокол РПБС. Здесь при поступлении каждого ТСБД производится установление сетевого соединения (или использования уже установленного соединения, если такое имеется), затем - передача единственного ТПБД, включающего весь ТСБД, и разъединение сетевого соединения (если необходимо).
Наличие сетевого соединения в протоколе РП СС не гарантирует отсутствие потери данных, даже если сетевой уровень работает без сбоев. Рассмотрим, в каких ситуациях такие потери возможны.
После того как сетевое соединение установлено, оба партнера получают равные права на передачу данных и последующее разъединение сетевого соединения.
Разъединение производится каждым партнером независимо и на основании собственного алгоритма. Например, один из партнеров может разъединять соединение сразу после его использования, а другой - после ожидания следующих запросов на передачу ТСБД. Здесь возможна ситуация, когда ТПБД отправляемый партнером Б не достигнет партнера А из-за того, что последний инициировал разъединение сетевого соединения после некоторого тайм-аута Т. Аналогичная ситуация возникает, когда разъединение инициализирует рецептор. Здесь партнер А не может передать данные по устанавливаемому соединению потому, что партнер Б сразу после передачи данных разъединил “чужое” соединение, не ожидая получения дополнительных запросов на передачу. Для защиты от таких ситуаций целесообразно предоставить право на разъединение только одному объекту инициатору соединения.
Рассмотренные стандарты транспортного уровня включают широкий класс процедур обеспечивающих единый транспортный сервис при использовании сетей передачи данных различного класса и с различным сервисом.
8.2.3. Транспортный сервис с соединением.
Транспортный сервис этого типа обеспечивает передачу ТСБД по транспортному соединению. При этом пользователю предоставляются следующие возможности:
· адресация партнера (установление транспортного соединения производится по адресу, указываемому пользователем; этот адрес есть адрес транспортной сервисной точки доступа (ТСТД));
· выбор качества сервиса (транспортный уровень необходим для оптимизации использования имеющихся сетевых ресурсов; качество сервиса, требуемого взаимодействующими пользователями обеспечивается при минимальной стоимости; качество определяется выбором партнерами таких характеристик сервиса, как пропускная способность, транзитная задержка, коэффициент необнаруженных ошибок и вероятность отказов;
К транспортному сервису с соединением относятся следующие услуги:
- установление транспортного соединения;
- передача нормальных ТСБД;
- управление потоком ТСБД; передача срочных ТСБД;
- разъединение транспортного соединения.
8.2.4. Транспортный сервис без соединения.
Транспортный сервис без соединения используется для передачи отдельных независимых ТСБД. Каждый ТСБД передается или принимается при однократном обращении к сервису, описываемому следующими сервисными примитивами:
- запрос: вызывающий адрес, вызываемый адрес, параметры КЧС, данные пользователя;
- индикация (указатель): вызывающий адрес, вызываемый адрес, параметры КЧС, данные пользователя.
Адресные параметры имеют те же значения, что и в сервисе с соединением. Под параметрами КЧС понимаются: транзитная задержка, защита, коэффициент необнаруженных ошибок и приоритет.
Транзитная задержка применима для каждого отдельного ТСБД и задается отдельно ТСБД длиной 128 октетов (знаков). Защита, коэффициент необнаруженных ошибок и приоритет имеют тот же смысл, что и аналогичные параметры сетевого сервиса с соединением. В поле данных пользователя размещается ТСБД, максимальный размер которого ограничен и составляет 63488 октетов (знаков). Этот размер на 1К меньше максимального размера ССБД сетевого сервиса без соединения.
Транспортный сервис без соединения (приложение 1 к МС 8072) в отличие от сервиса сетевого и канального уровней, рассмотрение которых предполагается на последующих занятиях, не содержит дополнительных возможностей взаимодействия пользователя и поставщика. Разработка этих вопросов предполагается в последующих редакциях стандарта.
8.2.5. Качество транспортного сервиса (КЧС).
Под качеством транспортного сервиса понимаются характеристики услуг, составляющих сервис. Эти характеристики позволяют оценить вероятностно-временные параметры услуг с точки зрения пользователя сервиса, сформулировать требования к транспортному соединению и оценить, насколько эти требования удовлетворяются. Особенность транспортного сервиса заключается в том, что он “интегрирует” все нижележащие услуги. Поэтому параметры КЧС здесь связаны с параметрами сервиса нижележащих уровней и, в первую очередь сетевого уровня.
Параметры КЧС разделяются на временные, вероятностные и прочие. Временные параметры характеризуют скорость ввода-вывода данных и время их передачи.
Вероятностные параметры связаны с надежностью соединения.
Прочие параметры связаны с использованием специальных механизмов транспортного уровня.
Вероятностно-временные параметры классифицируются по фазам соединения, т.е. каждый из параметров связан с установлением соединения, передачей данных либо разъединением. Перечень используемых параметров КЧС приведен в табл.8.З.
Таблица 8.3.
|
Фаза соединения |
Параметры |
КЧС |
|
|
Временные |
Вероятностные |
Прочие |
|
|
Установление |
Задержка установления |
Вероятность установления |
|
|
Передача данных |
Пропускная способность, транзитная задержка |
Коэффициент необнаруженных ошибок, живучесть, вероятность отказа |
|
|
Разъединение |
Задержка разъединения |
Вероятность неразъединения |
|
|
Независимо от фазы |
Защита приоритет |
По характеру использования эти параметры разделяются на:
- согласуемые между пользователями,
- сообщаемые партнеру без согласования,
- не сообщаемые ни партнеру, ни транспортному уровню.
К согласуемым параметрам относятся пропускная способность и транзитная задержка, к несогласуемым, но сообщаемых партнеру - коэффициент необнаруженных ошибок, защита и приоритет.
Остальные параметры КЧС (вероятность неустановления, живучесть, вероятность отказа, вероятность неразъединения, задержка установления и задержка разъединения) не запрашиваются при обращении к транспортному уровню. Эти параметры необходимы пользователю для оценки адекватности своих протокольных механизмов. Параметры становятся известными пользователю либо априори (т.е. до начала взаимодействия с транспортным уровнем), либо сообщаются в процессе использования транспортного сервиса при обмене служебными примитивами. Такие примитивы не рассматриваются как часть стандартного транспортного сервиса.
Перечень КЧС транспортного уровня совпадает с параметрами КЧС сетевого уровня, кроме максимально приемлемой стоимости, 0 поэтому описание каждого параметра будет рассмотрено далее при изучении сетевого уровня.
Представляет интерес сопоставление параметров КЧС транспортного и сетевого уровней, представленное на рис. 8.8. Установление (разъединение) транспортного соединения связано либо с установлением (разъединением) сетевого соединения (если отсутствует (присутствует) подходящее установленное соединение) и передачей по нему ТПБД соединения (разъединения), либо с соединением (разъединением) сетевого соединения в зависимости от типа транспортного протокола.
Передача ТСБД связана с их разборкой на фрагменты, передаваемые в виде отдельных ССБД. При наличии соединения имеется часть пропускной способности сетевого соединения с учетом размера ТСБД и накладных расходов.
Исходя из этого взаимосвязь параметров КЧС транспортного (ТС) и сетевого (СС) соединений можно представить следующим образом (см. рис. 8.8):
- задержка установления ТС определяется задержкой установления СС и транзитной задержкой ТПБД, передаваемых по установленному СС в виде данных;
- вероятность неустановления ТС связана с вероятностью неустановления СС, а затем, при передаче ТПБД, с коэффициентом необнаруженных ошибок и вероятностью отказа (поскольку этот параметр характеризует возможность разъединения или сброса СС, при котором будет происходить аннулирование ТПБД);
- такие параметры, как пропускная способность, транзитная задержка, коэффициент необнаруженных ошибок, живучесть ТС и вероятность отказа, определяются преимущественно аналогичными параметрами СС с учетом мультиплексирования и размером ТСБД;
- задержка разъединения ТС связана с аналогичным параметром СС, а также зависит от транзитной задержки;
- транзитная задержка, задержка разъединения ТС и задержка соединения ТС косвенно связаны с вероятностными параметрами СС, поскольку на транспортном уровне могут использоваться механизмы защиты от потерь ТПБД или разъединения CC повторной передачей ТПБД или переустановлением CC.
8.3. Сетевой уровень управления передачей.
8.3.1. Общие сведения.
Целью сетевого уровня является выполнение функций, связанных с обменом сервисными блоками данных, осуществляемым между транспортными объектами. Соединение, связывающее два либо более таких объектов, называется сетевым. Между парой транспортных объектов возможно использование нескольких сетевых соединений. Их примерами являются виртуальные сети, по протоколу Х.25, прямые каналы между портами.
Сетевое соединение между двумя транспортными объектами является постоянным либо временным. Оно может быть типа “точка-точка” либо “точка-многоточка”. В первом случае друг с другом взаимодействуют два транспортных объекта. Во втором случае объект связывается с несколькими другими объектами.
На сетевом уровне осуществляется маршрутизация, обеспечивающая передачу пакетов по коммуникационной сети по заданному адресу от одного транспортного объекта к другому (или к другим) транспортному объекту. На сетевом уровне проводится также мультиплексирование, позволяющее связывать несколько сетевых соединений с одним канальным соединением.
Через сетевое соединение осуществляется обмен сетевыми сервисными блоками данных. Эти блоки упаковываются в последовательность пакетов протокола Х.25, в датаграммы либо непосредственно в канальные сервисные блоки данных. При необходимости функции сетевого уровня выполняют сегментацию и сборку массивов информации, осуществляемые при преобразовании сетевых сервисных блоков данных в канальные сервисные блоки данных и наоборот. Эти функции включают также процедуры исправления ошибок в форматах блоков данных. Качество сервиса сетевого уровня определяется теми же критериями, что и в предыдущем уровне (транспортном).
Все передаваемые по датаграммной либо виртуальной транспортной сети информационные либо управляющие пакеты имеют адреса пунктов назначения. Эти адреса должны быть многоступенчатыми, как это видно из рис. 8.9. В любой коммуникационной сети, реализующей сетевой протокол по рекомендации Х.25, должно существовать несколько маршрутов доставки пакетов от одного порта к другому. Так, в сети, показанной на рис. 8.10, пакет от абонентской машины I может быть доставлен к абонентской машине II по различным маршрутам, образуемым комбинациями использования девяти физических каналов.
Большое количество физических каналов в транспортной (коммуникационной) сети приводит к возникновению проблемы эффективной маршрутизации пакетов. Существуют два метода этой маршрутизации. Наиболее простой из них заключается в том, что каждая коммуникационная машина, как видно из рис. 8.10, имеет
фиксированный список возможных магистральных (физических) каналов, по которым ею может быть передан пакет с указанным адресом. Причем этот список составляется с учетом порядка предпочтения каналов. Более эффективным, но и более сложным является метод адаптивной маршрутизации. В этом случае коммуникационная машина анализирует статистику использования различных маршрутов и выбирает тот, который является оптимальным по заданному критерию (время доставки пакета, загрузка магистральных каналов и т.д.).
8.3.2. Архитектура сетевого уровня. Стандарты ( общая характеристика ).
В настоящее время уже существует большое число стандартов, относящихся к сетевому уровню. Однако интенсивно разрабатываются новые стандарты и дополнения к уже имеющимся. Это можно объяснить тем, что в стандартизации сетевого уровня заинтересовано значительное число организаций, представляющих производителей сетевых средств, пользователей этих средств и администрации сетей передачи данных.
Сетевой уровень является границей между сетезависимыми и сетенезависимыми функциями, поскольку более высокие уровни обеспечивают взаимодействие типа “из конца в конец”.
Стандарты сетевого уровня создавались в то время, когда архитектура модели ВОС не была полностью проработана. Разнообразие сетевых стандартов привело к необходимости отражения в модели ВОС наиболее общих функций сетевого уровня. В результате этого стандарт МОС и рекомендации MKKTT по сетевому уровню не полностью соответствуют друг другу.
Несоответствие заключается в первую очередь в том, что стандарты на сервис сетевого уровня не основаны непосредственно на стандартных протоколах доступа к сети. Поэтому реализация, например, широко используемой рекомендации МККТТ Х.25 редакции 1980 г. еще не означает, что сетевой уровень, будет предоставлять стандартный сервис, определенный в стандарте ISO/DIS 8348. В то же время в стандартном сетевом сервисе не используются широкие факультативные возможности, предусмотренные в рекомендации MKKTT X.25. Такая ситуация затрудняет использование стандартов, в частности транспортного уровня, которые ориентированы на стандартный сетевой сервис, но должны применяться реальными сетями передачи данных.
Для того, чтобы уточнить место сетевых стандартов в эталонной модели ВОС, в МОС была разработана архитектура сетевого уровня (стандарт ISO/DIS 8648). Рассмотрим основные положения этого стандарта, необходимые дня понимания того, на чем базируется сервис сетевого уровня.
Особенность сетевого уровня состоит в том, что взаимодействие объектов сетевого уровня может осуществляться через последовательность промежуточных систем, обеспечивающих функции коммутации (маршрутизации). Промежуточные системы образуют подсеть передачи данных - совокупность технических средств и физической среды, представляющую собой автономное целое и используемую для взаимосвязи абонентских систем с целью обмена данными.
Реальная подсеть ПД может быть реализована таким образом, что она полностью поддерживает стандартный сервис сетевого уровня. Однако большинство существующих и создаваемых подсетей ПД предоставляет услуги, отличные от стандартных. Поэтому стандарт ISO/DIS 8648, оговаривая внутреннюю организацию сетевого уровня, предусматривает, что услуги подсети могут быть идентичны стандартному сетевому сервису, полностью отличны от стандартного набора услуг или же отличны от стандартных в одних применениях, но идентичны в других. Если подсеть обеспечивает услуги второго и третьего типов, то на сетевом уровне для обеспечения стандартного сервиса необходимо выполнить дополнительные функции. Эти функции могут быть реализованы как в абонентских, так и в промежуточных системах.
Введение дополнительных функции взаимодействия приводит к появлению новых протоколов. В стандарте ISO/DIS 8648 определены три типа протоколов:
- независимые от подсетей протоколы конвергенции (НПП);
- зависимые от подсетей протоколы конвергенции (ЗПП);
- протоколы доступа к подсети (ПДП).
Под конвергенцией в данном контексте понимается сведение разнообразных услуг подсетей к единому стандартному набору.
В соответствии с тремя типами протоколов архитектура сетевого уровня может быть представлена в виде трех подуровней (рис. 8.11), где
- За - доступ к подсети,
- Зб - преобразования и протокол, зависящие от подсети,
- Зв - преобразование и протокол, не зависящие от подсети.
На рис. 8.11 условно показано, что функциональность подуровней 3а и Зб у систем А и Б может быть различной. Промежуточная система здесь изображена для того, чтобы показать место функции маршрутизации в архитектуре уровня.
На подуровне “За” выполняются все функции, связанные с доступом к подсети передачи данных. протокол подуровня “За” жестко ориентирован на тип подсети. Операции такого протокола вносят свой вклад в обеспечение услуг, характерных для соответствующей подсети, эти услуги могут совпадать или не совпадать с услугами сетевого уровня. Способ, посредством которого протокол вносит свой вклад в конструирование услуг сетевого уровня, зависит от соответствующих услуг подсети, способа использования этих услуг в конкретной конфигурации.
Функции подуровня “3б” зависят от того, насколько сильно сервис подсети (или, точнее, сервис подуровня “За”) отличается от стандартного.
Функциональность уровня “Зв” зависит от того, какой сервис предоставляется нижележащим подуровнем. Для выбора необходимых услуг используются следующие критерии:
- типы подсетей и комбинации подсетей, которые предполагается охватить данным протоколом;
- технические и экономические преимущества и недостатки одного набора ниже расположенных функциональных возможностей по сравнению с другими;
- степень сложности тех протокольных механизмов в самом НПП, использование которых оправдано.
Архитектурный подход к сетевому уровню ценен тем, что позволяет:
- задать способы использования различных сетевых протоколов для обеспечения стандартного сетевого сервиса; ограничить нескоординированную разработку разных протоколов сетевого уровня со схожими функциями;
- уточнить пути разработки будущих стандартов на протоколы сетевого уровня и требования к ним.
В стандарте ISO/DIS 8648 приведен ряд сценариев соединения сетей различных типов выравниванием сетевого сервиса. Анализ сценариев выходит за рамки рассмотрения, поэтому подчеркнем здесь только наиболее существенный вывод из сценариев, предлагаемых МОС: все различия между подсетями сглаживаются на сетевом уровне. Таким образом, преобразования протоколов, необходимые для взаимодействия сетей должны затрагивать только уровни 1 - 3.
8.3.3. Основные стандарты сетевого уровня.
Далее рассматриваются только основные стандарты, которые позволяют хорошо проиллюстрировать особенности подуровней сетевого уровня и в то же время являются широко используемыми.
Примером протокола доступа к подсети (подуровень “За”) является рекомендация МККТТ Х.25. Однако разные редакции рекомендаций имеют существенные отличия.
В 1984 году вышла третья, переработанная редакция Х.25, имеющая существенные отличия от редакции 1980 года:
- исключен из рассмотрения датаграммный режим; уточнены форматы пакетов;
- введены новые пакеты регистрации; расширен перечень и уточнены процедуры необязательных (факультативных) услуг.
Интересной особенностью X.25 1984 года является наличие специальных факультативных услуг, предназначенных для поддержки стандартного сетевого сервиса. Услуги имеют сквозной характер и связаны с расширением поле адреса для соответствия принципам сетевой адресации МОС, согласования минимальной пропускной способности в каждом направлении передачи, сквозной транзитной задержки и использования срочных данных. Значения параметров, связанных с этими услугами, не меняются при прохождении по сети.
Редакции X.25 1980 и 1984 годов легли в основу многих национальных стандартов, при разработке которых в ряде случаев использовались не все возможности Х.25, а какое-то их подмножество. Примером может служить ГOCT 26556-85. Этот стандарт основан на рекомендации X.25 (1980 г.), однако имеет ряд отличий изложенных в справочнике “Сервис скоростных ИВС”.
Редакция X.25 1984 года вошла в основу стандарта МС 8208, который определяет процедуры и форматы протокола для абонентских систем (AC), работающих в соответствии с рекомендацией MKKTT Х.25. Этот документ регламентирует работу АС на сетевом уровне при доступе к сетям передачи данных с коммутацией пакетов общего пользования и частным сетям, соответствующим рекомендации Х.25. Он также включает дополнительные процедуры сетевого уровня, необходимые дня непосредственного взаимодействия двух АС. Расширение использования стандарта в области локальных сетей изложено в стандарте ISO/IS 8881.
Имеющиеся отличия редакций Х.25 1980, 1984 г.г. и документов, разработанных на их основе, свидетельствуют о том, что данные протоколы имеют разную функциональность. Следовательно, предоставляемый сервис также различен. Порядок выравнивания этого сервиса с помощью дополнительных процедур подуровня “Зб” регламентируется стандартом ISO/IS 8878, в котором рассматриваются возможности рекомендаций Х.25 редакции 1980, 1984 г. г.
Рекомендация МККТТ Х.25 редакции 1984 г. содержит адекватные механизмы для обеспечения стандартного сервиса. При использовании X.25 (1980г) необходимо введение дополнительных функций взаимодействия, зависимых от подсети (подуровень “3б”). Основной задачей протокола типа ЗПП (рис.8-11) является здесь передача параметров при установлении и разъединении соединения. Заметим что ЗПП в данном случае не полностью дополняет сервис подсети до стандартного. Например, стандартный сервис не будет содержать услуги по передаче срочных данных.
Примером протокола подуровня “Зв” может быть сетевой протокол без соединения (стандарт ISO/DIS 8473). Он выполняет функции, которые необходимы для поддержки стандартного сервиса без соединения над множеством однородных или неоднородных взаимосвязанных подсетей.
В стандарте ISO/DIS 8473/DADI определены полный протокол и два его подмножества:
- неактивное подмножество - это подмножество нулевой функциональности, которое может быть использовано, когда абонентские системы связаны одной подсетью и ни одна из функций полного протокола не нужна для обеспечения сервиса между любой парой абонентских систем;
- несегментируемое подмножество - используется, когда АС связаны подсетями, в которых размеры передаваемых блоков данных достаточно большие и поэтому сегментирования не требуется.
Функциональность протокола довольно неширокая, что видно из табл. 8.4.
Таблица 8.4
|
Функции |
Полный протокол |
Несегментируемое подмножество |
Неактивное подмножество |
|
Анализ формата заголовка |
1 |
1 |
1 |
|
Управлением временем существования ПБД |
1 |
1 |
- |
|
Маршрутизация ПБД |
1 |
1 |
- |
|
Сегментирование ПДБ |
1 |
- |
- |
|
Сборка ПДБ |
1 |
- |
- |
|
Уничтожение ПДБ |
1 |
1 |
- |
|
Сообщение об ошибках |
1 |
1 |
- |
|
Определение ошибки в заголовке ПДБ |
1 |
1 |
- |
|
Защита |
2 |
2 |
- |
|
Маршрутизация источником |
2 |
2 |
- |
|
Запись маршрута |
2 |
2 |
- |
|
Поддержка КЧС |
3 |
3 |
- |
|
Приоритет |
3 |
3 |
- |
|
Уведомления о перегрузке |
3 |
3 |
- |
Все функции данного протокола делятся на три категории, отмеченные в табл. 8.4 цифрами:
1- обязательные функции;
2- необязательные функции, обращение к которым приводит, если эта функция не регламентирована, к аннулированию ПБД;
3- необязательные функции, обращение к которым не приводит, при их отсутствии, к аннулированию ПБД.
Нижележащий сервис, потребляемый данным протоколом, может быть любого типа - как с соединением, так и без соединения. Порядок использования нижележащего сервиса определен в приложении к стандарту (ISO/DIS 8473/DADI).
Взаимосвязь рассмотренных стандартов показана на рис.8.12.
Сетевой сервис с соединением обеспечивается либо непосредственно протоколами подуровня “За”, либо с использованием подуровня “3б”. И в первом, и во втором случае функции подуровня “Зв” не применяются.
Протоколы подуровня “За” ориентированы только на канальный сервис с соединением, за исключением протокола, регламентируемого стандартом ISO/DIS 8208. Последний может также применяться над канальным сервисом без соединения, как это описано в стандарте ISO/DIS 8881.
Сетевой сервис без соединения обеспечивается протоколом подуровня “Зв” такого же типа. Этот протокол использует либо канальный сервис без соединения, либо сервис с соединением подуровня “За”.
8.3.4. Сетевой сервис с соединением.
Сетевой сервис с соединением предоставляет пользователю следующие возможности: средства для установления сетевого соединения с другими пользователями для обмена сетевыми сервисными блоками данных (ССБД). Между парой пользователей может действовать несколько соединений:
- средства для сглаживания качества сервиса между двумя пользователями и поставщиком сервиса;
- средства для передачи ССБД по соединению. Передача ССБД, состоящих из целого числа октетов (знаков), является “прозрачной’ в том смысле, что границы и содержание ССБД сохраняются неизменными и нет никаких ограничений на содержимое, формат и кодирование информации;
- средства управления потоком, с помощью которых принимающий пользователь может управлять скоростью передачи ССБД, посылаемых пользователем-отправителем;
- средство передачи отдельных срочных ССБД (в некоторых случаях). Срочные ССБД ограничены по длине, и их передача подчинена отдельному (по сравнению с обычными данными) управлению потоком;
- средства использования услуги сброса, с помощью которой соединение может быть возвращено в исходное состояние, а действия обоих пользователей синхронизированы;
- средства подтверждения приема данных пользователем (в некоторых случаях) безусловное разъединение соединения любым из пользователей или поставщиком.
Из перечисленных услуг подтверждение приема и передача срочных данных являются факультативными, а все остальные - обязательными. Описание сетевого сервиса основано на использовании сервисных примитивов, приведенных в табл. 8.5.
Таблица 8.5
|
Фаза соединения |
Услуга |
Примитив |
Параметры примитива |
|
Установление |
Установления соединения |
запрос указание |
вызываемый адрес, вызывающий адрес, выбор подтверждения приема, выбор использования срочных данных, параметры КИС, данные пользователя |
|
ответ подтверждение |
адрес ответчика, выбор подтверждения приема, выбор использования срочных данных, параметры КИС, данные пользователя |
||
|
передача данных |
передача обычных данных |
запрос указание |
данные пользователя, запрос подтверждения |
|
подтверждение приема *) |
запрос указание |
- |
|
|
подтверждение срочных данных *) |
запрос указание |
данные пользователя |
|
|
сброс |
запрос указание |
источник причина |
|
|
ответ подтверждение |
- |
||
|
разъединения |
разъединение |
запрос указание |
источник, причина, данные пользователя, адрес ответчика |
*) - факультативная услуга.
Особенности каждой из услуг приведены в справочнике “Сервис открытых информационно-вычислительных сетей”, М. Радио и связь, 1990 г.
8.3.5. Сетевой сервис без соединения
Передача ССБД в режиме “без соединения означает, что каждый блок данных передается во время единичной операции взаимодействия с поставщиком сервиса. При этом между блоками данных отсутствуют какие-либо зависимости (связи). Последовательность блоков данных, передаваемых один за другим в один и тот же пункт назначения, не обязательно будет доставлена в том же порядке. Более того, не требуется, чтобы поставщик сервиса сообщал о недостатке данных или восстанавливал потерянные данные.
Поскольку сетевой сервис без соединения может обеспечиваться разными средствами нижележащих уровней, в частности, средствами типа “с соединением” на подуровне “За”, характеристики сервиса по отношению к передаваемым ССБД могут быть следующими:
· блоки могут быть аннулированы поставщиком, но не раньше установленного тайм-аута;
· блоки всегда аннулируются поставщиком после установления тайм-аута;
· блоки могут быть анулированы только при переполнении поставщика сервиса;
· блоки не анулируются ни при каких условиях; последовательность блоков при передаче не меняется;
· блоки не дублируются.
Пользователь должен быть извещен о том, какая градация сервиса ему предоставляется. Эта информация поможет при выборе транспортного протокола.
Сервис без соединения описывается двумя примитивами: запрос, содержащий вызывающий адрес, вызываемый адрес, параметры КЧС, данные пользователя; индикация, содержащая вызывающий адрес, вызываемый адрес, параметры КЧС, данные пользователя.
8.3.6. Параметры качества сервиса
а) для сетевого сервиса с соединением.
Качество сервиса сетевого уровня определяется качеством отдельных услуг нижележащих подуровней. В отличие от сервиса канального уровня, параметры КЧС которого в основном связаны с фазой передачи данных, перечень параметров КЧС сетевого уровня дополнен характеристиками фаз установления и разъединения соединения. Этими характеристиками являются:
- задержка установления и вероятность неустановления - для фазы установления соединения;
- задержка разъединения и вероятность неразъединения - для фазы разъединения соединения.
В фазе передачи данных используются следующие параметры КЧС:
- пропускная способность;
- транзитная задержка;
- коэффициент необнаруженных ошибок;
- живучесть;
- вероятность отказа;
- наибольшая приемлемая стоимость соединения.
Большинство параметров КЧС фазы передачи определяются так же, как и в сервисе канального уровня, о котором речь пойдет на последующих занятиях. Исключением является параметр “вероятность отказа”. Еще одним специфическим параметром является наибольшая приемлемая стоимость соединения.
Перечисленные дополнительные параметры отражают специфику сетевого уровня и позволяют более точно “настраивать” протоколы транспортного уровня на соединения различного качества. Эти параметры описываются следующим образом.
Параметры фазы установления соединения.
Параметр “задержка установления” связи с оценкой наибольшей приемлемой задержки между выдачей примитива “запрос” и появлением соответствующего примитива “подтверждение”.
При расчете задержки учитывается также время, затрачиваемое партнером на выдачу примитива “ответ” в ответ на примитив “указание”(“индикация”).
При установлении соединения возможны отказы со стороны поставщика. Отношение числа отказов к общему числу попыток установления соединения характеризует вероятность неустановления. Под отказом здесь понимается невозможность установить соединения в пределах определенного периода времени из-за ошибок и сбоев на сетевом уровне, таких как неверное направление вызова, потеря вызова или его искажение.
Те случаи, когда установление соединения заканчивается неудачно по вине пользователя, не учитываются.
Параметры фазы разъединения.
Параметр “задержка разъединения” характеризует наибольшую приемлемую задержку между примитивом “запрос” и завершением разъединения сетевого соединения. Последняя означает, что пользователь может начать устанавливать новое соединение взамен разъединенного. Существенно, что задержка разъединения не связана с выдачей примитива “указание” (“индикация”) у партнера и определяется только для стороны, инициирующей разъединение. Данное определение задержки разъединения предполагает, что пользователь, выдавший “запрос”, получает в ответ локальное сообщение о выполнении разъединения. Если это сообщение не поступает в течение некоторого тайм-аута, разъединение считается неудачным. Отношение числа неудачных разъединений к общему числу попыток характеризует вероятность неразъединения.
Параметры фазы передачи данных.
Рассмотренный ранее параметр живучести характеризовал вероятность того, что передача данных будет прервана процедурами разъединения или сброса. Дополнительной характеристикой надежности передачи данных является вероятность отказа.
Под отказом понимается ситуация, в которой пропускная способность соединения падает ниже минимально приемлемого уровня, а транзитная задержка и коэффициент необнаруженных ошибок становятся больше допустимых. Отношение числа отказов к общему числу ситуаций нормального функционирования характеризует вероятность отказа. Для определения того, что есть ситуация нормального функционирования, можно рассматривать ситуацию, когда требуемые параметры КЧС остаются в заданных пределах в течение определенного периода времени. Таким периодом может быть, например, время существования сетевого соединения.
Специфическим параметром КЧС сетевого сервиса является наибольшая приемлемая для пользователя стоимость соединения. Порядок определения стоимости, градации этого параметра и способы его обеспечения требуют дальнейшего изучения и анализа. Заметим, что этот параметр не передается партнеру и имеет, таким образом, влияние только на локальные средства.
б) для сетевого сервиса без соединения
Для этого случая КЧС определяется параметрами:
- транзитная задержка;
- защита;
- параметры стоимости;
- коэффициент необнаруженных ошибок;
- приоритет.
Специфическими параметрами здесь являются параметры: стоимость и приоритет.
Параметры стоимости связаны с выбором средств передачи. Пользователь имеет возможность указать, что ему необходимо наиболее дешевое средство передачи, даже не обеспечивающее малой транзитной задержки. Другая возможность, предоставляемая пользователю, связана с указанием наибольшей приемлемой для пользователя стоимости передачи.
Понятие приоритета в сервисе без соединения связано, во-первых, с порядком обработки ССБД поставщиком сервиса, а во-вторых, с относительной важностью ССБД. Последнее обуславливается порядком, в котором происходит ухудшение качества сервиса, и порядком, в котором ССБД могут быть аннулированы при необходимости освобождения ресурсов. Число уровней приоритета ограничено и равно 15.
В рассматриваемом сервисе ряд параметров относится не к отдельным ССБД, а к характеристикам уровня в целом. Информирование пользователей об этих параметрах осуществляется локально с использованием дополнительных сервисных примитивов:
- “запрос” пользователя относительно характеристик, ожидаемых при последующей передаче примитива сервисного сетевого “запроса”;
- “указание” поставщика, содержащее реальные обеспечиваемые характеристики;
- “указание” сбоя, если имеет место сбой, из-за которого нельзя обеспечить требуемые или объявленные характеристики, передаваемые пользователю.
Под характеристиками уровня, обеспечивающего сервис без соединения, понимается следующее.
Возможность контроля перегрузок - связана с возможностью указать пользователю, что передача его блока данных не произведена (например вследствие перегрузки).
Вероятность сохранения последовательности - равна отношению числа блоков с сохраненной последовательностью к общему числу переданных блоков.
Максимальное время существования ССБД - максимальный интервал времени между поступлением “запроса” и выдачей соответствующего “указания”. Параметр позволяет более точно определить тайм-ауты на транспортном уровне.
Если перечисленные характеристики сервиса, а также параметры КЧС не могут быть обеспечены, то в примитиве “индикация” (“указание”) указывается одна из следующих причин:
- превышена транзитная задержка;
- перегрузка;
- требуемые параметры/характеристики не обеспечиваются;
- превышено время существования ССБД;
- нет подходящего (например, по стоимости) маршрута.
Третья причина может быть детализирована в примитиве поставщика “указание”, где будет указано, какие параметры не обеспечиваются.
8.4. Средства и способы взаимодействия сетей и ЭВМ с сетями.
8.4.1. Средства межсетевого взаимодействия.
Вопросы устранения неоднородности на самых нижних уровнях модели OSI - физическом и канальном - рассмотрены в разделе "Транспортная сеть". Эти вопросы решаются использованием общего сетевого протокола, который позволяет объединить сети, построенные в разных стандартах: Ethernet, Token Ring, FDDI и других стандартах канального уровня. Задача объединения транспортных подсистем, отвечающих только за передачу сообщений, называется internetworking.
Несколько другая проблема, называемая interoperability, заключается в том, как объединить сети, использующие разные сетевые протоколы? Или разные протоколы еще более высокого уровня, такие как протоколы взаимодействия клиента и сервера при реализации удаленного доступа к файлам? Как сделать, например, возможным клиентов сети Novell NetWare с запросами к серверу Windows NT или обращение Unix и обратно"
Если рассмотреть наиболее часто используемый в сетях сервис, а именно, файловый сервис, то различия в протоколах файлового сервиса в первую очередь связаны с различиями структур файловых систем. Например, пользователю MS-DOS непривычны приемы монтирования файловой системы UNIX в одно дерево, он хочет работать с разрозненными файловыми системами отдельных носителей, отображенными на буквы английского алфавита. Команды, используемые при работе с различными файловыми системами, также различны как по названию, так и по содержанию. Кроме того, даже для одной файловой системы в различных операционных системах предусмотрены различные удаленные сервисы. В ОС UNIX можно работать с удаленной файловой системой с помощью символьных команд протокола прикладного уровня FTP, переписывая файлы с удаленной машины на локальную по одному, а можно работать с протоколом NFS, который обеспечивает монтирование удаленной системы в локальную и требует других команд и приемов. Поэтому проблемы, возникающие на верхних уровнях, гораздо сложнее, чем проблемы замены заголовка пакета на канальном уровне.
Очевидно, что подобные проблемы весьма характерны для корпоративных сетей, где в разных подразделениях часто работают разные сетевые операционные системы.
Хотя каждый уровень модели OSI и носит вполне определенное стандартное название, для простоты протоколы всех уровней, выше сетевого (и транспортного, на котором в этом разделе мы не будем останавливаться), далее будут называться протоколами прикладного уровня. Все эти протоколы объединяет то, что они реализуются программными средствами, и, как правило, входят в состав сетевой операционной системы. Именно протоколы верхних уровней определяют для конечного пользователя весь тот набор сервисов, которые ему предлагает операционная система. Рассмотрим различные подходы к решению поставленной задачи.
В разных продуктах, предназначенных для реализации межсетевого взаимодействия, используются различные концепции и подходы. Для того, чтобы ориентироваться во всем этом множестве программных средств и рационально их использовать, необходимо это учитывать. К важнейшим характеристикам программных продуктов класса interoperability относятся следующие:
• способ реализации - мультиплексор протоколов или шлюз, встроенные или отдельно поставляемые средства;
• уровень и конкретный набор согласуемых протоколов - транспортные протоколы или протоколы прикладного уровня, какие именно;
• направление взаимодействия - согласование клиентских или серверных частей протоколов;
• место размещения согласующих средств - на клиентской машине, на сервере либо на промежуточной машине-шлюзе, в среде одной либо другой операционной системы;
• потребительские характеристики - стоимость, производительность, степень прозрачности, удобство инсталляции и обслуживания.
Существует два принципиально отличных способа построения продуктов межсетевого взаимодействия, которые во многом определяют их потребительские характеристики.
Первый способ согласования разнородных сетей состоит в установке нескольких дополнительных стеков протоколов на одной из конечных машин, участвующих во взаимодействии. Такой подход называется мультиплексированием стеков протоколов. Компьютер с несколькими стеками протоколов использует для взаимодействия с другим компьютером тот стек или тот протокол, который понимает этот компьютер, то есть выбирает язык, понятный его собеседнику. При мультиплексировании протоколов реализуется отношение "один-ко-многим", то есть один клиент с дополнительным стеком может обращаться ко всем серверам, поддерживающим этот стек, или один сервер с дополнительным стеком может предоставлять услуги многим клиентам.
Windows NT представляет собой хороший пример операционной системы, мультиплексирующей несколько стеков протоколов - NetBEUI/SMB, TCP/IP и Novell IPX/NCP (компонент NWLink реализует протокол сетевого уровня IPX, a NWCS - протокол NCP, обеспечивающий доступ к файлам и принтерам).
Второй способ - выделение специального элемента сети - шлюза, в котором установлены оба согласуемых стека протоколов. Шлюз транслирует один стек протоколов в другой для всех нуждающихся в этом приложений, то есть выступает переводчиком для компьютеров. использующих разные языки общения. Перевод - это сложная эвристическая процедура, так как не всегда имеется явное соответствие между типами сообщений разных протоколов. Ключевым моментом трансляции является согласование разных систем адресации ресурсов, принятых в различных сетях. Шлюз обычно решает эту проблему за счет привлечения символьных имен ресурсов, используемых протоколом прикладного уровня при установлении соединения клиента с сервером. Шлюз реализует взаимодействие "многие-ко-многим", то есть все клиенты сервера, на котором установлен шлюз, могут обращаться с запросами ко всем серверам в другой сети.
Например, продукт фирмы Novel! NetWare NFS Gateway обеспечивает функцию NFS-шлюза, предоставляя всем пользователям возможность доступа к FTP-сервису серверов сети NetWare.
Каждый из рассмотренных подходов имеет свои достоинства и недостатки.
К достоинствам шлюзов относится то, что при их использовании в сеть вносятся минимальные изменения - дополнительное программное обеспечение устанавливается только на одном из серверов, а клиентские станции остаются без каких-либо изменений. Полностью сохраняется привычная пользовательская среда.
При мультиплексировании протоколов дополнительное программное обеспечение - соответствующие стеки протоколов - должно быть установлено на каждый компьютер, которому может потребоваться доступ к нескольким различным сетям. В некоторых ОС, в частности в Windows NT, имеются средства борьбы с избыточностью, свойственной этому подходу. Операционная система может быть сконфигурирована для работы с несколькими стеками протоколов, но можно динамически загрузить только те, которые нужны.
В принципе, при работе с несколькими стеками протоколов у пользователя может возникнуть проблема работы в незнакомой среде, с незнакомыми командами, правилами и методами адресации. Однако может быть сделана попытка в какой-то степени облегчить жизнь пользователю в этой ситуации. Независимо от используемого протокола прикладного уровня (например, Microsoft SMB или Novell NCP) ему предоставляется один и тот же интуитивный графический интерфейс, с помощью которого он просматривает и выбирает нужные удаленные ресурсы. Если же сервисы не охвачены этим универсальным средством, то пользователь должен выучить названия команд, их синтаксис и значения многочисленных ключей.
Как и всякий централизованный ресурс, шлюз снижает надежность сети. С другой стороны. централизация облегчает контроль доступа пользователей к "чужой" сети, диагностику и обработку ошибочных ситуаций.
Шлюз является более медленным средством по сравнению с переключаемыми стеками протоколов. Во-первых, из-за относительно больших затрат времени на собственно процедуру трансляции, а, во-вторых, из-за задержек запросов в очереди к разделяемому всеми клиентами шлюзу. Это делает шлюз плохо масштабируемым решением. Трансляция протоколов в шлюзе заменяет доступ к серверу NetWare по сравнению с доступом через редиректор клиента. При тестировании замедление в малозагруженном шлюзе составило от 10% до 15%.
Уровни согласования сетей
Средства межсетевого взаимодействия нужны для того, чтобы обеспечить согласованную работу двух приложений, выполняющихся в разнородных сетях. Работа по обеспечению взаимодействия может выполняться как самими приложениями, так и системными средствами. Поэтому требования к системным средствам зависят от того, какой объем согласующих функций берут на себя приложения.
Крайним является чисто умозрительный случай, когда приложения берут на себя все функции по согласованию, кроме тех, которые могут быть выполнены только аппаратно, то есть сетевыми адаптерами. В этом случае приложения сами разбивают сообщения на пакеты, снабжая их соответствующей служебной информацией, организуют их надежную доставку с помощью нумерации, упорядочения, вычисления и проверки контрольных сумм. Помимо функций по оформлению и доставке сообщений, приложения в этом случае выполняют и функции по согласованию возможных различий в сервисах локальных операционных систем, например, различий в именовании файлов, интерпретации прав доступа к файлам, способах их разделения между несколькими пользователями и т. п.
Более реалистическими являются два других случая распределения функций между приложениями и системными средствами.
Первый вариант - системные средства берут на себя все функции по передаче сообщений, согласуя три или четыре нижних уровня модели OSI. Приложения в таком случае реализуют свой собственный протокол взаимодействия, который включает функции трех верхних уровней модели OSI - прикладного, представительного и сеансового. Приложения реализуют согласование только тех сервисов верхнего уровня, которые им необходимы. Примером такого распределенного приложения может служить электронная почта, агенты передачи сообщений которой работают как в среде Windows NT, так и в среде UNIX, непосредственно обращаясь для отправки и получения сообщений к средствам сетевого уровня, например, к протоколу TCP (через соответствующий интерфейс, например, Berkeley Sockets). В соответствии с этим вариантом построены и корпоративные СУБД, такие как Oracle, Informix, Sybase,
Второй вариант - приложения вообще не выполняют функции по согласованию неоднородностей вычислительных сред, а полностью перепоручают эту задачу системным средствам, которые в этом случае должны обеспечивать взаимодействие на всех уровнях модели OSI - от физического до прикладного. На прикладном уровне достаточно иметь
средства согласования только тех сервисов, которыми пользуется приложение. Например, если электронная почта основана на специальном почтовом сервисе, поддерживаемом операционной системой, таком как SMTP или MHS, то при работе в неоднородной в отношении этого сервиса сети потребуются системные средства согласования именно этих протоколов. Если же программа, реализующая электронную почту, использует для передачи сообщений удаленный файловый сервис, то для ее нормальной работы на прикладном уровне достаточно иметь системные средства согласования протоколов файлового сервиса.
Системные средства могут реализовывать функции по согласованию стеков протоколов частями, с помощью нескольких программных продуктов. Часто один продукт согласует только сервисы прикладного уровня (или один из этих сервисов), а другой - только транспортные протоколы. Например, продукт компании Microsoft File and Print Services for NetWare обеспечивает поддержку в среде Windows NT только прикладных протоколов файлового сервиса и сервиса печати NetWare, но не выполняет функций согласования транспортных протоколов. Поэтому для его работы с клиентами NetWare необходимо наличие на сервере компонента NWLink или другого продукта, реализующего протокол Novell IPX.
Клиентская и серверная части протокола
В то время, как на трех нижних уровнях модели OSI протоколы почти всегда симметричны по отношению к взаимодействующим компьютерам) протоколы прикладного уровня, как правило, несимметричны и состоят из клиентской части, запрашивающей и потребляющей удавленный ресурс, и серверной части, предоставляющей этот ресурс в общее пользование. Клиентская часть протокола даже называется особенно - редиректор или инициатор запросов. Такие протоколы обычно называют протоколами типа "клиент-сервер".
При организации взаимодействия двух разнородных сетей в общем случае нужно решать две задачи - обеспечение доступа клиентов сети А к серверам сети В и обеспечение доступа клиентов сети В к серверам сети А. Эти задачи независимы, и их можно решать отдельно. При выборе продуктов межсетевого взаимодействия прежде всего нужно выяснить, необходимо ли полное решение или достаточно и частичного.
Большинство имеющихся на рынке продуктов обеспечивает только однонаправленное согласование прикладных сервисов. Например, шлюз Gateway Services for NetWare обеспечивает клиентам Windows NT доступ к файл- и принт-сервисам NetWare, но не предоставляет клиентам NetWare доступ к аналогичным сервисам Windows NT. Обратная задача может быть решена с помощью продукта File and Print Services for NetWare, устанавливаемого на серверах Windows NT. Он представляет собой серверную часть протокола NCP, которая в режиме мультиплексирования работает параллельно с серверной частью "родного" для Windows NT протокола SMB.
Место размещения средств межсетевого взаимодействия
Если в качестве средства межсетевого взаимодействия выбран шлюз, то вопрос о месте его размещения вообще не возникает - шлюз должен быть расположен на сервере той сети, в которой находятся его клиенты. Например, шлюз NetWare NFS Gateway, позволяющий клиентам сети NetWare обращаться к любому NFS-серверу Unix-сети, должен быть установлен на сервере NetWare.
При использовании мультиплексоров протоколов существует два варианта размещения дополнительного стека протоколов - на одном или на другом взаимодействующем компьютере. Для протоколов типа "клиент-сервер" важно учитывать функциональные различия между клиентскими и серверными частями. Если дополнительный стек устанавливается на сервере, то этот сервер становится доступным для всех клиентов с этим стеком. При этом нужно тщательно оценивать влияние установки дополнительного продукта на производительность сервера.
При размещение дополнительного стека на клиентских машинах вопросы производительности не так важны. Здесь более важными являются ограничения ресурсов клиентских машин, а также затраты труда администратора на установку и поддержание дополнительных стеков в работоспособном состоянии на большом числе компьютеров.
При выборе места размещения часто возникает и другой, чисто практический вопрос: имеется ли возможность изменять программное обеспечение обеих взаимодействующих сетей или одна из них является недоступной? В принципе можно решить задачу взаимодействия двух сетей в полном объеме за счет установки согласующих продуктов только в одной сети - если для нее есть соответствующие продукты. Например, Windows NT позволяет обеспечить двустороннее взаимодействие с сетями NetWare, установив дополнительные продукты только на своей стороне, оставляя в неизменном виде программное обеспечение клиентов и серверов NetWare. Клиенты на базе Windows NT Workstation получают доступ к сети NetWare с помощью установленных в них продуктов NWLink и NWCS, а серверы Windows NT Server предоставляют свои ресурсы клиентам сети NetWare с помощью продукта File and Print Services for NetWare.
8.4.2. Способы взаимодействие сетей ЭВМ
В настоящее время существуют десятки вычислительных сетей, работающих в соответствии с различными иерархиями протоколов. Продолжают выпускать многие тысячи крупных вычислительных машин, стандарты телеобработки которых значительно отличаются друг от друга и от протоколов тех сетей, к которым они подключаются. Кроме того, возникает необходимость работы прикладного процесса (объекта) через транспортную станцию (одну или несколько) с несколькими различными коммуникационными сетями. Все это требует разработки межсетевой службы и введения в программную структуру вычислительной сети межсетевого уровня управления передачей, а в иерархию протоколов вычислительной сети протокола межсетевого обмена информацией. Это позволит пользователям взаимодействовать с вычислительными машинами, объединенными ассоциациями транспортных сетей, о которых говорилось при рассмотрении структуры транспортных сетей (см. рис. 8.4).
Возможны различные способы межсетевого взаимодействия вычислительных сетей.
Один из способов состоит в соединении двух и более вычислительных сетей, описываемых относительно схожими множествами протоколов, на основе использования интерфейсной машины между коммуникационными сетями (см. рис. 8.13), выполняющей роль межсетевой коммуникационной машины. В этом случае образуется общая транспортная сеть, связывающая все абонентские машины вычислительных сетей А и Б.
Интерфейсная машина, выполненная в виде общей для двух вычислительных сетей коммуникационной машины, имеет (см. рис. 8.14) достаточно сложную структуру, включающую модули эмуляции коммуникационных машин двух сетей, два типа трансляторов и модуль общих функциональных преобразований. Последний
выполняет задачи форматирования, маршрутизации, фрагментации и сборки-разборки пакетов.
Межсетевая коммуникационная машина является достаточно сложной, т.к. должна отображать протоколы двух коммуникационных сетей и осуществлять их взаимное преобразование. При этом, чем значительнее сети отличаются друг от друга, тем в большей степени усложняется и структура межсетевой коммуникационной машины. Этот метод требует также единой адресации машин и портов обеих вычислительных сетей, ибо в противном случае интерфейсная машина должна анализировать адреса и выполнять переадресацию. Но тогда в ней необходима реализация протоколов, не присущих коммуникационной машине.
Вариантом рассмотренного способа может быть подключение абонентской машины не к коммуникационной машине, а к межсетевой интерфейсной машине (см. рис. 8.15).
В этом случае межсетевая коммуникационная машина позволяет не только соединить коммуникационные сети в одну транспортную сеть, но и, при необходимости, произвести выбор коммуникационной сети, по которой целесообразнее в данный момент осуществлять передачу данных (пакетов). Сюда же можно отнести случай применения одной из коммуникационных машин в качестве межсетевой.
Более универсальным способом соединения двух вычислительных сетей является их взаимодействие через интерфейсную машину, являющуюся (см. рис. 8.16) общей хостмашиной, включенной в две сети. При использовании этого метода оказывается возможным создавать любые межсетевые связи, особенно не считаясь с тем, какие протоколы применяются в соединяемых вычислительных сетях. Поэтому этот метод используется наиболее часто.
Структура интерфейсной машины, эмулирующей хостмашины двух сетей, показана на рис. 8.17. Между эмуляторами двух хостмашин здесь располагается модуль, осуществляющий общие функции преобразования протоколов. За универсальность рассматриваемого метода соединения двух вычислительных сетей приходится расплачиваться сложностью реализующих ее модулей и необходимостью использования для этой цели относительно больших информационно-вычислительных ресурсов.
Поэтому нередко применяется еще один метод (способ) соединения вычислительных сетей, который заключается в соединении двух сетей через интерфейсную машину, являющуюся последовательным преобразователем информации (ППИ). Этот преобразователь подключается к хостмашинам соединяемых вычислительных сетей (см. рис. 8.18).
Его логическая структура показана на рис. 8.19.
В рассматриваемом методе все протоколы двух вычислительных сетей реализуются в хостмашинах I и II, а интерфейсная машина выполняет лишь специальный процесс взаимосвязи этих машин по упрощенному локальному набору
протоколов. Это позволяет упростить программное обеспечение интерфейсной машины. Однако связь между сетями становится зависимой от пропускной способности и надежности двух хостмашин. В значительной степени ухудшается и гибкость соединения при модернизации протоколов одно либо обеих объединяемых сетей.
До последнего времени межсетевой обмен информацией не был стандартизирован и выполнялся при соединении вычислительных сетей самым разным образом. Однако появились рекомендации Х.75 и Х.12l, которые определяют стандарты, связанные с сопряжением разнородных вычислительных сетей. Они базируются на рекомендации X.25/3, но вводят два новых пакета, форматы которых показаны на рис. 8.20. Пакеты “запрос вызова” и “запрос соединения” обеспечивают необходимый обмен управляющей информацией между соединяемыми вычислительными сетями.
8.4.2. Взаимодействие хостмашин с сетями ЭВМ.
На рис. 8.21 показана структура терминально-интерфейсной машины, предназначенной для соединения хостмашины с вычислительной сетью. Эта терминально-интерфейсная машина используется в том случае, когда к вычислительной сети подключается вычислительная машина, программное обеспечение которой не реализует протоколы этой сети.
Рассматриваемая терминально-интерфейсная машина может связываться с хостмашиной как по мультиплексному, так и селекторному каналам, она включает: центральный процессор, оперативную память и аппаратуру сопряжения с каналами и внешними устройствами. Машина имеет программы и устройства, обеспечивающие управление терминалами. Магнитный диск ей нужен для хранения проходящей через нее информации. Это хранение необходимо потому, что терминально-интерфейсная машина обменивается с хостмашиной сообщениями, с вычислительной сетью - пакетами, а с терминалами - символами (буквами, цифрами или знаками). Поэтому
ей приходится осуществлять взаимное преобразование сообщений, пакетов и символов.
До последнего времени разработки интерфейсных машин, соединяющих одну либо несколько вычислительных машин с вычислительной сетью, велись применительно к конкретным сетям. В последнее время все больше увеличивается число работ, обеспечивающих подключение вычислительных машин к вычислительным сетям, использующим международные протоколы.
Используя имеющийся опыт, полученный при сопряжении вычислительных машин ведутся работы по созданию многосетевой интерфейсной машины (в основном за рубежом), предназначенной для соединения друг с другом нескольких вычислительных сетей.
Логическая структура многосетевой интерфейсной машины показана на рис. 8.22. Она состоит из центральной и периферийной частей, обеспечивающих сопряжение с несколькими вычислительными сетями или машинами. Центральная часть осуществляет коммутацию и управление потоками информации. Каждая из периферийных частей реализует иерархию протоколов соответствующей вычислительной сети либо машины.
До последнего времени интерфейсные машины строились на базе минимашин. Однако благодаря созданию дешевых и высокопроизводительных микромашин в последние годы появились исследования, направленные на использование микромашин для целей преобразования протоколов вычислительных сетей и машин.
Рассматриваемая в качестве примера микромашинная (рис. 8.23) система предназначена для подключения машин типа IBM 360/07 к вычислительной сети и состоит из четырех частей.
Основные функции в системе выполняет модуль транспортной станции. Модули коммуникационного контроллера и интерфейса с каналом машины осуществляют связь с вычислительной сетью и машиной. К машине система подключается как ее периферийное устройство.
Модуль интерфейса с каналом машины также реализован на высокоскоростной микромашине.
8.5. Физическая структура транспортной станции для вычислительной сети
В общем случае транспортная станция (ТС) включает в себя аппаратные и программные средства, реализующие транспортную и коммуникационную машины (службы), и выступает в качестве основного коммутационного узла вычислительной сети, выполняющего функции коммутации пакетов (сообщений) и имеющая ряд специализированных процессоров и адаптеров для передачи данных по различным типам линий (каналов) связи.
ТС является базовым компонентом вычислительной сети, обеспечивающим передачу информации, коммутацию пакетов между любыми ЭВМ этой сети. Она также обеспечивает сборку-разборку сообщений, поступающих к ЭВМ, объединенной с транспортной станцией общим полем внешней памяти и единым сетевым адресом. Для реализации возложенных на нее задач транспортная станция выполняет функции транспортного, сетевого, канального и физического уровня, определяемые эталонной моделью взаимодействия открытых систем (ЭМВОС) международной организации стандартизации (МОС).
Транспортная станция выполняет также шлюзовые функции, т.е. межсетевые преобразования данных в случаях организации межсетевого обмена в рамках ассоциации вычислительных (транспортных) сетей, построенных на разных принципах.
Ниже рассматривается возможный вариант (пример) физической структуры транспортной станции (см. рис. 8.24).
Особое значение уделяется модульному принципу ее построения. При рассмотрении
вопросов ее построения считается, что в вычислительных сетях имеет место пакетная коммутация, протоколы взаимодействия процессов и протоколы передачи данных транспортного и сетевого уровней едины для всех сетей ЭВМ, входящих в ассоциацию (см. рис. 8.4). Различия могут иметь место в зависимости от физической среды передачи только на уровне протоколов управления информационным и физическим каналом.
Предполагается, что TC рассматриваемой физической структуры может быть использована в Единой сети ЭВМ страны, имеет в зависимости от конфигурации пропускную способность от 150 до 10000 пакетов/с при длине пакета 512 байт и ориентирована на применение как каналов тональной частоты, так и каналов интегральной цифровой сети связи.
Разборка сообщения на пакеты производится в транспортной станции ЭВМ-источника, а сборка сообщения - в транспортной станции ЭВМ - адресата.
ТС строится по модульному многопроцессорному принципу и состоит из в однородных центральных процессоров, реализующих протоколы сетевого и транспортного уровней. Взаимодействие транспортной станции с моноканалом или поликаналом, выход на каждый выделенный канал или на группу коммутируемых каналов, а также связь с ЭВМ по физической линии “точка-точка” реализуются с помощью специальных процессоров соответствующих линий связи. Последние используют для заданного типа линии связи физический и канальный уровни передачи данных.
TC состоит из модулей процессоров и памяти, конструктивно объединенных в моноблоки. Каждый из моноблоков имеет автономные источники вторичного питания (БП). Оперативная память состоит из двух моноблоков МОП-1 и МОП-2. МОП является многовходовым, в частности 8-входовым модулем оперативной памяти, предназначенной для хранения пакетов, а также информации и программ операционной системы. МОП содержит секции оперативной памяти, являющиеся основными для данного МОП и резервными для другого МОП. Доступ к разным секциям МОП реализуется одновременно со стороны процессоров ТС.
Подключение к МОП соответствующих портов доступа центральных процессоров или процессоров линий, а также одновременная запись информации в основную память одного МОП и в резервную память другого МОП и чтение информации через модули МОП-1 и МОП-2 обеспечивается коммутатором секции памяти (КСП) и коммутатором шины (КШ).
Логическая обработка пакетов и сообщений (сетевой и транспортный протоколы) производится на процессорах, точнее, на микро ЭВМ, которые взаимодействуют с МОП через порты доступа обработки (ПДО). Каждая из микро-ЭВМ имеет локальную оперативную память (ЛОП) и постоянное запоминающее устройство для хранения программ, реализующих обработку пакетов и сообщений. Две микро-ЭВМ с блоками ЛОП и ПЗУ, а также ПДО объединяются в моноблоки обработки (МО). Взаимодействие ПДО с модулями памяти осуществляется через две межмодульные магистрали. Для каждого порта доступа одна из магистралей является основной, другая - резервной.
Для каждого типа линии связи ТС имеет свой моноблок каналов (МК). Общее их число в транспортной станции ограничивается конструктивными параметрами, определяющими пропускную способность системы, например, не может превышать десяти. Комбинации МК по типу обслуживаемых линий связи произвольны. Возможна ситуация, когда все МК ориентированы на один тип канала связи, например, на физическую линию точка-точка. Каждый моноблок ориентирован, как правило, на работу с четырьмя однотипными линиями (каналами) связи. Для каждого моноканала или поликанала имеет место отдельный моноблок канала.
МК в зависимости от типа обслуживаемых линий содержит 1. . .4 связных микропроцессора, реализующих протоколы 1-го и 2-го уровня по приему и передаче кадров. Каждый микропроцессор имеет локальную оперативную память, ПЗУ, порт доступа канала (ПДК) к модулям общей оперативной памяти. Локальная память микропроцессора выполняет роль буфера и предназначена для хранения n*4 кадров, где n - число каналов связи, по которым микропроцессор может вести передачу данных одновременно в обоих направлениях. Кроме того, в моноблок канала могут входить устройства преобразования сигналов и адаптеры сопряжения.
Для каналов тональной частоты на скорости 2,4 или 4,8 Кбит/с каждый моноблок предназначается для обслуживания каналов и содержит адаптер сопряжения групповой (АСКГ), аппаратуру обслуживания (контроля и диагностики) трактов (АОТ), а также два связных микропроцессора, работающих в режиме дублирования (нагруженного резерва).
Устройство преобразования сигналов групповое (УПСГ), линейная специальная аппаратура (СА) выполняются в виде отдельных устройств, которые могут конструктивно входить в состав ТС.
Моноблок каналов тональной частоты обеспечивает разбиение и сборку пакета на два блока объемом не более 256 байт, обрамление блока до кадра и передачу кадра по линии связи.
Моноблок для работы с физическими линиями и основными цифровыми каналами (со скоростью передачи данных 64 Кбит/с) предназначен для обслуживания четырех линий, каждая из которых имеет свой микропроцессор.
Функции контроля и управления работой технических средств и программного обеспечения ТС осуществляются модулем контроля и индикации (МКИ), который аналогично модулю обработки состоит из микро ЭВМ, Л0П1, П3У, ПДО, а также адаптера для сопряжения с внешними устройствами (АСВУ), который обеспечивает работу дисплея с клавиатурой накопителя на гибком диске, накопителя винчестерного типа, устройства печати, входящих в состав рабочего места оператора (PMO) транспортной станции.
Для связи транспортной станции с головной ЭВМ имеет место моноблок связи (МС), который содержит два порта доступа связи (ПДС) к модулям общей памяти, два адаптера, реализующие прямой обмен данных между оперативной памятью ЭВМ и оперативной памятью транспортной станции в обоих направлениях.
Кроме того, в состав моноблока связи входит адаптер для обмена МОП с накопителями на магнитных дисках, являющимися общим полем внешней памяти для ЭВМ и транспортной станции. Эти накопители выполняют роль “почтовых ящиков” при обмене сообщениями между ЭВМ и транспортной станцией.
Взаимодействие транспортной станции с ЭВМ, имеющей с ТС единый сетевой адрес, реализуется через почтовые ящики (один в прямом, другой в обратном направлении) общего поля внешней памяти на магнитных дисках и буферной области оперативной памяти, которые доступны (через моноблок связи) как процессорам ЭВМ, так и центральным процессорам транспортной станции.
Транспортная станция производит следующие операции над проходящей через нее информацией:
- прием и проверку пакетов и сообщений;
- анализ заголовков, их преобразование и генерацию новых заголовков в соответствии с реализуемыми протоколами;
- сборку (разборку) сообщений из (на) пакетов (пакеты);
- прием-передачу сообщений от ЭВМ через общее внешнее поле памяти;
- передачу подготовленных пакетов информации.
Прием-передача данных по различным линиям с заданными скоростями обеспечивается с помощью специализированных процессоров и буферов локальной оперативной памяти. Для каждой из одновременно работающих линий предусматривается буферная память в расчете на прием двух кадров в каждом направлении.
Общий объем оперативной памяти ТС пропорционален загрузке и числу одновременно поддерживаемых каналов.
Специализированные процессоры линий предназначены для доступа в коммуникационную сеть любого типа (многоканальную, узловую и др.), для подключения линий по стандартным интерфейсам типа ИРПС, С2 и др.
Число процессоров выбирается из условия обеспечения требуемой пропускной способности транспортной станции. Однако из условия функциональной надежности, число процессоров не может быть менее двух. Все процессоры ТС работают одновременно и независимо друг от друга.
Обмен управляющей информацией между процессорами транспортной станции происходит по асинхронному принципу через почтовые ящики общей оперативной памяти (независимо и одновременно в обоих направлениях) по инициативе стороны, передающей информацию.
Методические рекомендации для преподавателей.
Рекомендуется следующее распределение учебного времени и методики проведения занятия:
I. Введение - 10 мин.
- проверка наличия обучаемых студентов, их готовность к занятиям;
- объявление темы и цели занятия.
II. Основная часть - 250 мин.
1. Структура транспортной сети - 45 мин.
Дать определение транспортной сети, состав ее логической структуры, понятие о ядре транспортной сети - коммуникационной сети, о требованиях и программной структуре сети, об ассоциации транспортных сетей, о физической реализации транспортных сетей. Дать характеристики датаграммной и виртуальной сетей. При рассмотрении вопроса использовать рис. 8.1...8.5, табл. 8.1,8.2.
2. Транспортный уровень - 80 мин.
Сформулировать назначение транспортного уровня. Рассмотреть виды сервиса, предоставляемого транспортным уровнем и параметра качества сервиса, дать основные функции транспортного уровня и фазы функционирования. Рассмотреть стандарты транспортного уровня, транспортный сервис с соединением и без соединения. При рассмотрении вопроса использовать рис. 8.6...8.8 и табл. 8.З.
3. Сетевой уровень - 80 мин.
Сформулировать назначение сетевого уровня и основные функции. Дать представление об архитектуре и стандартах сетевого уровня. Подробно рассмотреть основные стандарты хорошо иллюстрирующие особенности подуровней сетевого уровня. Рассмотреть сетевой сервис с соединением, без соединения и параметры качества сетевого сервиса. Использовать рис. 8.9...8.12, табл. 8.4, 8.5.
4. Межсетевой обмен информацией - 45 мин.
Рассмотреть основные способы межсетевого обмена. Акцентировать внимание на варианты первого способа. Дать представление о структуре терминально-интерфейсной машины, многосетевой интерфейсной машине и ее микромашинной реализации. Использовать рис. 8.13...8.23.
5. Физическая структура транспортной станции - 50 мин. (на самоподготовке).
Дать представление о физической структуре транспортной станции, составе средств, входящих в нее. Рассмотреть назначение и функции составных частей транспортной станции. При рассмотрении вопроса использовать структурную схему ТС на рис. 8.24.
III. Заключение - 10 мин.
- подведение итогов занятия,
- ответы на вопросы обучаемых,
- задание на самоподготовку.
Самоподготовка - 135 мин.
Закрепление знаний по структуре транспортной сети, по транспортному и сетевому уровню управления передачей, по межсетевому обмену. Изучение физической структуры транспортной станции.