Сетевая служба с поддержкой соединения включает три фазы:
• Создание соединения — во время фазы создания соединения определяется единственный маршрут между исходной и целевой системами. Сетевые ресурсы в это время обычно резервируются, чтобы гарантировать согласованный уровень службы (например, гарантированную пропускную способность).
• Пересылка данных — во время фазы пересылки данные последовательно передаются по определенному на предыдущем этапе маршруту. Данные всегда приходят в целевую систему в том порядке, в котором были посланы.
• Прекращение соединения — во время фазы прекращения соединения созданное соединение, которое больше не требуется, прерывается. Дальнейшая коммуникация между исходной и целевой системами требует создания нового соединения.
Служба с поддержкой соединения имеет два существенных недостатка по сравнению с сетевыми службами без поддержки соединения:
• Статический выбор маршрута — так как весь трафик должен перемещаться по одному и тому же статическому маршруту, отказ в какой-либо точке этого маршрута вызывает отказ соединения.
• Статическое резервирование сетевых ресурсов — гарантированный уровень пропускной способности требует привлечения ресурсов, не предназначенных для других пользователей сети. Если для коммуникации требуется полная непрерываемая пропускная способность, то полоса пропускания используется неэффективно.
Службы с поддержкой соединения используются для передачи данных приложений, которые нетерпимы к задержкам и переупорядочиванию пакетов. Приложения для голоса и видео обычно используют службы с поддержкой соединения.
Сетевая служба без поддержки соединения
Сетевая служба без поддержки соединения не определяет заранее маршрут от источника к системе назначения, упорядочивание пакетов, пропускную способность канала данных и другие гарантированные сетевые ресурсы. Каждый пакет должен быть снабжен полным адресом, так как для различных пакетов на основе множества факторов могут выбираться различные пути доступа через сеть. Каждый пакет передается исходной системой независимо и независимо обрабатывается промежуточными сетевыми устройствами. Служба без поддержки соединения предлагает два важных преимущества относительно службы с поддержкой соединения:
• Динамический выбор маршрута — так как маршруты выбираются для каждого пакета отдельно, трафик можно направить в обход сбойного участка сети.
• Динамическое выделение полосы пропускания — полоса пропускания используется более эффективно, поскольку сетевым ресурсам не выделяют полосу пропускания, которую они не собираются использовать.
Службы без поддержки соединения используются для передачи данных приложений, которые могут выдержать некоторую задержку и переупорядочивание. Приложения, передающие данные, обычно используют службу без поддержки соединения.
Адрес канального уровня уникальным образом идентифицирует каждое физическое соединение сетевого устройства с сетью. Адреса канального уровня иногда называются физическими или аппаратными адресами. Обычно они образуют неиерархическое адресное пространство, задаются для каждого устройства заранее и, как правило, жестко. Оконечные системы имеют обычно только одно физическое сетевое соединение и, стало быть, только один адрес канального уровня. Маршрутизаторы и другие устройства, поддерживающие межсетевой обмен, обычно имеют несколько физических сетевых соединений и несколько адресов канального уровня.
Адреса подуровня управления доступом к среде передачи (MAC) являют-I ся подмножеством адресов канального уровня. Адреса MAC идентифицируют сетевые устройства в LAN, реализующие подуровень IEEE MAC канального уровня. Как большинство адресов канального уровня, адреса MAC являются уникальными для каждого интерфейса LAN. Адреса MAC имеют 48 битов в длину и выражаются с помощью 12 шестнадцатеричных цифр: первые шесть шестнадцатеричных цифр являются идентификацией производителя (или кодом поставщика), называемым уникальным идентификатором организации (OUI). Эти шесть цифр устанавливаются IEEE. Последние шесть шестнадцатеричных цифр являются серийным номером интерфейса или другим значением, администрируемым определенным поставщиком. Адреса MAC иногда называются аппаратными или "зашитыми" адресами (Burned-in Address, BIA), так как они выжжены в постоянной памяти (ROM) и копируются в оперативную память (RAM), когда инициализируется плата интерфейса.
Адресация на сетевом уровне
Адрес сетевого уровня идентифицирует устройство сетевого уровня эталонной модели OSI. Сетевые адреса существуют обычно в иерархическом адресном пространстве. Иногда их называют виртуальными или логическими адресами. Отношение сетевого адреса с устройством является логическим и нефиксированным. Обычно адрес основывается либо на характеристиках физической сети (устройство находится в определенном сетевом сегменте), или на логическом объединении, которое не имеет физической основы (устройство является частью зоны AppleTalk). Оконечным системам требуется один адрес сетевого уровня для каждого протокола сетевого уровня, который они поддерживают. (Это предполагает, что устройство имеет только одно физическое сетевое соединение.) Маршрутизаторы и другие устройства, поддерживающие межсетевой обмен, требуют один адрес сетевого уровня на каждое физическое соединение для каждого поддерживаемого протокола сетевого уровня. Например, маршрутизатор с тремя интерфейсами, каждый из которых поддерживает одновременно AppleTalk, TCP/IP и OSI, должен иметь три адреса сетевого уровня для каждого интерфейса. Поэтому маршрутизатор имеет девять адресов сетевого уровня.
Каждый уровень модели ОSI общается с нижележащим уровнем и зависит от него в обеспечении специальных служб и функциональности. Так как каждый уровень предоставляет службу, он добавляет информацию к данным приложения, чтобы можно было транспортировать информацию к машине места назначения. Конечно, добавленная специальная информация зависит от используемого стека протоколов, но, следуя общей модели, мы видим, что каждый уровень добавляет к данным заголовочную информацию, а в отдельных случаях также и концевик после данных, пока не будет получен аккуратно сформированный пакет, который отправляется в кабель.
Как показано на рис, каждый уровень добавляет заголовочную информацию, чтобы выполнить службу, требуемую приложению. Когда данные перемещаются вниз по модели OSI на посылающем компьютере, эта информация добавляется. На получающем компьютере заголовочная и концевая информация отбрасываются, когда данные перемещаются вверх по модели OSI.
Можно насчитать пять шагов, связанных с процессом инкапсуляции данных, когда они готовятся транспортным уровнем для отправки в кабель. Они перечислены ниже:
1. С верхних уровней получена информация от пользователя, например запрос регистрации на сервере, задание печати или поиск в Web. Информация преобразуется в данные, чтобы ее можно было транспортировать к месту назначения.
2. Данные подготовлены для транспортировки на целевой компьютер. В случае TCP к данным добавляется заголовок TCP, содержащий информацию об упорядочивании, помогающую сохранить все в порядке при преобразовании в сегменты.
3. На третьем уровне модели OSI находится протокол IP. Здесь будет добавлен заголовок IP, так как сегмент TCP преобразуется в пакет IP. Заголовок IP включает IP-адреса источника и места назначения, что поможет при маршрутизации (выполняемой на этом уровне модели OSI) пакета в соответствующее место назначения.
4. На уровне канала данных в нашем примере пакеты IP преобразуются в кадры Ethernet. Чтобы сетевое устройство могло общаться через локальный интерфейс с другим интерфейсом в сети, оно должно поместить пакет в кадр. Тип кадра должен совпадать, иначе устройства не смогут общаться. В примерах трассировок мы увидим, что кадры Ethernet создаются вокруг пакетов IP.
5. Теперь кадр Ethernet превращается в единицы и нули. Как говорилось ранее, эти биты перемещаются по сети особым образом, определенным методами доступа, пока не достигнут своего места назначения.
Функции межсетевого обмена сетевого уровня отвечают за выбор лучшего маршрута передачи пакетов в сети, создание сетевых адресов и коммуникационных маршрутов.
Маршрутизаторы используют протокол маршрутизации для обмена служебной информацией между собой, используют маршрутизируемый протокол для передачи пакетов пользователя, настраивают и поддерживают таблицы маршрутизации, находят сети, адаптируют изменения межсетевой топологии, используют адрес из двух частей и ограничивают распространение широковещательных рассылок.
Службы WAN
Х.25 Протокол Х.25 первоначально был разработан в 1970-х гг. для предоставления неинтеллектуальному терминалу соединения WAN через общедоступные сети данных (PDN — public data network). Однако благодаря своей гибкости и надежности он стал международным стандартом для пересылки данных через PDN.
Ориентированный на соединение интерфейс сети коммутации пакетов (PSN) предоставляет контроль ошибок и гарантированную доставку пакетов с помощью коммутируемых или виртуальных цепей. Благодаря своей надежности он используется для приложений, которые требуют надежной передачи. Маршрутизатор будет соединяться с ассемблером/дизассемблером пакетов (PAD) в сети Х.25. PAD отвечает за разбиение сообщений на пакеты и соответствующую их адресацию.
Спецификация Х.25 соответствует физическому, канальному и сетевому уровням модели OSI. Однако, так как спецификация Х.25 предшествовала модели OSI, названия уровней отличаются. Например, физический уровень называется Х.21 и определяет электрические и физические интерфейсы, которые могут использоваться. Второй уровень называется протоколом сбалансированной процедуры доступа к каналу (LAPB, Link Access Procedure Balanced), который заботится о создании кадра, управлении потоком и контроле ошибок. Уровень пакета соответствует сетевому уровню и отвечает за настройку и адресацию виртуальной цепи.
Frame Relay Отраслевой стандартный коммутируемый Протокол Frame Relay действует на канальном уровне. Он обрабатывает множество виртуальных каналов с помощью инкапсуляции HDLC между соединенными устройствами. Frame Relay использует высококачественную цифровую технику, делая методы контроля ошибок и управления потоком ненужными. Поэтому он является более эффективным и быстрым, чем протокол Х.25, в качестве замены которого он чаще всего рассматривается. Используя упрощенное кадрирование без исправления ошибок, Frame Relay может очень быстро посылать информацию своего уровня. Первоначально он зарождался как протокол для работы с интерфейсами ISDN, поэтому был разработан как независимый протокол.
Внутри Frame Relay коммутация PDN реализуется с помощью статистического метода мультиплексирования, а не с помощью временного разделения. При статистическом мультиплексировании доступные цепи формируются из устройств, которые в данный момент ничему не поставлены в соответствие. В связи с этими динамическими характеристиками сети реального времени, которые пульсируют по своей природе, являются идеальными кандидатами для Frame Relay.
Управление каналом осуществляется с помощью интерфейса локального управления (Local Management Interface, LMI). LMI отвечает за создание постоянного виртуального канала (PVC, Permanent Virtual Circuit) и мониторинг PVC. Так как цифровые каналы менее подвержены ошибкам, Frame Relay использует только алгоритм CRC для обнаружения плохих данных, но не использует никакого механизма для их исправления. Для управления потоком в канале Frame Relay полагается на верхние протоколы.
ATM (Asynchronous Transfer Mode, асинхронный режим передачи) является службой с поддержкой соединения и с негарантированной доставкой. Он хорошо масштабируется и используется в LAN и WAN. АТМ отличается от Frame Relay тем, что вместо разбиения сообщений на кадры переменного размера все сообщения разбиваются на ячейки одинакового размера. Каждая ячейка имеет пятибайтовый заголовок и 48-байтовое поле данных. Так как все ячейки имеют одинаковый размер, коммутация может быть сделана очень быстрой, и поэтому необходимость в буферизации исчезает.
Поскольку это асинхронный метод, нет необходимости в технике TDM. При использовании АТМ станция может посылать ячейки, когда ей это понадобится, а не ожидать очереди передачи, как в случае TDM.
Хотя АТМ не соответствует точно модели OSI, большинство его функций можно соотнести с канальным и сетевым уровнями. Поэтому он может действовать во множестве различных физических сред передачи, включая SONET и FDDI. Уровень адаптации АТМ соответствует сеансовому и транспортному уровням модели OSI. Он отвечает за получение данных для протоколов более высокого уровня, такого как IP, и сегментирует данные в 48-байтовые ячейки для передачи через сеть АТМ. ISDN Это коммуникационный протокол, предложенный телефонными компаниями, который позволяет телефонным сетям передавать данные, голос и другие источника трафика по телефонным линиям. ISDN построен на двух основных типах коммуникационных каналов. Первым является канал-носитель, или В-канал (Bearer), который может переносить голос, данные или изображения со скоростью 64 Кбит/сек, а вторым является канал данных, или D-канал (Data), который имеет скорость 16 Кбит/сек и используется для контрольной информации, передачи сигналов и данных управления линией. ISDN реализуется обычно в двух версиях: ISDN Basic Rate Interface (BRI) с двумя каналами В и одним каналом D и ISDN Primary Rate Interface (PRI) с 23 каналами В и каналом D.
HDLC Синхронный бит-ориентированный протокол канального уровня, разработанный ISO. Производный от SDLC, HDLC определяет метод инкапсуляции данных на синхронных последовательных линиях, используя символы обрамления кадра и контрольные суммы. Данные переносятся в кадрах, которые могут содержать переменный объем данных.
SLIP Используется как метод инкапсуляции последовательного канала, поэтому является простым протоколом кадрирования пакетов. SLIP определяет несколько символов, которые обрамляют пакеты IP в последовательном канале. Это техника с минимальными накладными расходами, которая не предоставляет согласования адресации, идентификации протокола, обнаружения ошибок или механизма сжатия. Созданный для использования на медленных последовательных линиях связи (например, модемах), он определяет два специальных символа, которые применяются для обрамления кадра.
Первый — символ END (ОхСО), который используется для определения конца дейтаграммы IP. Второй символ — ESC (OxDB) используется для указания, когда символ ОхСО встречается внутри дейтаграммы IP. ESC-символ SLIP отличается от ESC-символа ASCII (0x1В).
SLIP использует технику, называемую символьным заполнением, для предотвращения появления символа END в середине дейтаграммы IP. Если символ END (ОхСО) встречается внутри исходной дейтаграммы IP, то он заменяется последовательностью OxDB-DC. Если символ ESC (OxDB) встречается внутри дейтаграммы IP, то он заменяется последовательностью OxDB-DD. Это предотвращает зависание модема в середине передачи.
Максимальный размер дейтаграммы IP для SLIP обычно ограничен 1500 байтами на более новых системах или 1006 байтами на реализациях Berkley UNIX версии 4.2. Однако эта распространенная практика не определена в стандартах.
Чтобы сократить объем накладных расходов на потенциально медленных последовательных линиях связи, в RFC 1144 определен метод сжатия заголовков IP и TCP в заголовок размером от 3-х до 5-ти байтов, который известен как OSLIP или Compressed SLIP.
РРР Протокол РРР — наследник SLIP. PPP предоставляет соединения маршрутизатор-маршрутизатор и хост-сеть через синхронные последовательные линии связи, такие как ISDN или SONET, а также асинхронные каналы, например типичные телефонные коммутируемые линии. Он исправляет недостатки SLIP.
