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.
Как упоминалось в предыдущей главе, TCP/IP — это не просто один-два протокола; обычно реализуется сразу целый набор протоколов, или, как иногда называют, стек протоколов. В предыдущей главе мы познакомились с соответствием между протоколами из стека TCP/IP и эталонной моделью OSI, но теперь рассмотрим этот стек более подробно. Как можно видеть на рис, стек TCP/IP состоит из четырех уровней: уровень приложений, транспортный уровень, уровень Интернета и сетевой уровень. В совокупности эти четыре уровня охватывают все функции модели OSI.
Внизу стека находится уровень сетевого интерфейса, который соответствует физическому уровню модели OSI. Этот уровень отвечает за перенос кадров в среду передачи и за извлечение кадров из среды передачи. Необходимо отметить, что это независимый от среды передачи уровень. Не имеет значения, будет ли это медный провод, волоконно-оптический кабель, лазер, инфракрасные лучи или радио. Кроме того, он не зависит от метода доступа к среде. Поэтому в локальной вычислительной сети (LAN) стек TCP/IP можно использовать поверх Ethernet, Token Ring или FDDI, и, конечно, можно использовать TCP/IP совместно с различными технологиями глобальных сетей (WAN), таких как последовательный канал, использующий старый протокол SLIP, или протокол РРР, который был создан как усовершенствование старого стандарта SLIP. РРР предоставляет службы канального уровня, которые включают обнаружение ошибок, управление конфигурацией, а также методы безопасности. Другим типом технологий WAN является коммутация пакетов, например Frame Relay или ATM.
Следующим уровнем снизу является уровень Интернета, который предоставляет функции, соответствующие второму (канальному) и третьему (сетевому) уровням модели OSI. Уровень Интернета отвечает за инкапсуляцию пакетов в дейтаграммы IP и выполняет все необходимые алгоритмы маршрутизации. Здесь имеются четыре протокола IP: протокол управляющих сообщений Интернета (Internet Control Message Protocol, iCMP), протокол управления группами Интернет (Internet Group Management Protocol, IGMP), протокол Интернет (Internet Protocol, IP) и протокол преобразования адресов (Address Resolution Protocol, ARP). Протокол ICMP используется для отправки сообщений и сообщений об ошибках относительно доставки пакетов. Он осуществляет это от имени IP. ICMP не делает IP "надежным" протоколом, но он может предоставить определенный уровень обратной связи по специальным условиям. Сами сообщения ICMP переносятся как дейтаграммы, т.е. без обеспечения надежности. Следующим протоколом, представленным на этом уровне, является IGMP. Он используется компьютерами для сообщения о своем членстве в определенной группе, чтобы получать широковещательные рассылки от маршрутизаторов, которые поддерживают широковещание. Эти рассылки передаются как дейтаграммы, т.е. являются ненадежной формой коммуникации. Последними двумя протоколами Интернета, о которых необходимо сказать, являются IP и ARP. В связи с важностью сетевой коммуникации мы рассмотрим их более детально. Остановимся сначала на протоколе IP.
IP отвечает за адресацию и маршрутизацию пакетов между компьютерами и сетями. (Каждое устройство в сети IP, имеющее IP-адрес, называется хостом; иногда хостами называют компьютеры, маршрутизаторы, принтеры и даже управляемые концентраторы.) Именно поэтому адрес, присвоенный хосту, поддерживающему стек TCP/IP, называется IP-адресом. Это протокол без поддержки соединения, т.е. он не создает сеанс перед передачей данных. В этом отношении он является ненадежным протоколом, так как не гарантирует доставку, не требуя подтверждения, что данные получены в месте назначения. Следующим протоколом уровня Интернета является протокол ARP.
ARP используется для поиска аппаратного адреса машины в сети. Этот адрес, называемый иногда адресом МАС или адресом платы Ethernet, требуется, если два компьютера собираются общаться друг с другом. Адрес МАС должен быть преобразован в адрес IP, чтобы хосты общались с помощью протокола IP. ?RP преобразует адрес с помощью широковещательной рассылки для всех хостов в локальной сети. Компьютер места назначения будет отвечать пакетом, который содержит IP-адрес и адрес МАС. Эта информация будет затем храниться в кэше ARP на локальной машине. Последующая информация предназначена для удаленного хоста; сначала будет проверяться кэш ARP, а затем посылаться другое широковещательное сообщение.
Второй уровень сверху является транспортным уровнем, отвечающим за обеспечение сеансов коммуникации между компьютерами. В стеке существуют два транспортных протокола. Это протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP) и протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP). Для наличия двух транспортных протоколов в стеке есть серьезная причина, так как они работают по-разному. ТСР является протоколом с поддержкой соединения, т.е. сначала он создает соединение с другой машиной. Используемый, когда требуется надежное соединение, он обеспечивает подтверждение доставки каждого пакета. Если подтверждение не получено, то посылающий компьютер пошлет информацию повторно. С другой стороны, UDP является протоколом без поддержки соединения, он не требует соединения и не гарантирует доставку пакета. Это протокол, работающий без гарантии доставки: он оставляет задачу отслеживания пакетов и управление потоком данных приложению, которое обращается к транспортному уровню.
Вверху модели находится уровень приложений. В стандартной реализации стека протоколов TCP/IP на этом уровне существует множество утилит. Такие протоколы, как FTP (File Transfer Protocol, протокол передачи файлов), Telnet, SNMP (Simple Network Management Protocol, простой протокол управления сетью), DNS (служба имен доменов) находятся на этом уровне, так как именно здесь приложения получают доступ к сети. В реализации TCP/IP компании Microsoft есть два способа, которыми приложения могут получить доступ к сети: либо через NetBIOS, либо через Windows Sockets. Интерфейс NetBIOS позволяет протоколам TCP/IP или NetBEUI использовать службы именования и сообщений, используя соглашение об именах NetBIOS, в то время как служба Windows Sockets предоставляет интерфейс прикладного программирования (API) для транспортных протоколов, таких как TCP/IP или IPX.
Сетевые протоколы предоставляют так называемые службы канала данных и составляют нижние три уровня модели OSI. Эти протоколы обрабатывают информацию адресации и маршрутизации, контроль ошибок и запросы повторной пересылки. Сетевые протоколы определяют также правила для коммуникации в сетевом окружении, таком как Ethernet или Token Ring. Наиболее популярные сетевые протоколы перечислены ниже:
1. IP (Internet Protocol), протокол TCP/IP для маршрутизации и пересылки пакетов.
2. IPX (Internetwork Packet Exchange), протокол NetWare для пересылки пакетов и маршрутизации.
3. NWLink, реализация Microsoft протокола IPX/SPX.
4. NetBEUI, транспортный протокол, который предоставляет службы транспорта данных для сеансов NetBIOS и приложений.
5. DDP (Datagram Delivery Protocol), протокол транспорта данных AppleTalk.
Мы увидели, как эти протоколы укладываются в модель OSI, и получили представление о функциях каждого из них. Теперь следует рассмотреть, как все это отображается в совокупности, после чего можно исследовать различия в поведении этих протоколов, как используется каждый из них, а также различные уровни функциональности.
Рассмотрим структуру заголовка IPX. Он состоит из следующих полей:
контрольная сумма (checksum) длина пакета (packet length)
• управление транспортом (transport control)
• тип пакета (packet type)
• сеть назначения (destination network)
• узел назначения (destination node)
• сокет назначения (destination socket)
• сеть источника (source network)
• узел источника (source node)
• сокет источника (source socket)
Контрольная сумма Поле контрольной суммы используется для обеспечения целостности пакета. Контрольная сумма используется новыми версиями Netware, так как 3.x и более ранние версии задают поле как OxFFFF и не используют контрольную сумму.
Длина пакета Поле длины пакета является длиной заголовка IPX плюс длина данных в байтах. Длина пакета должна быть не менее 30 байтов, чтобы предоставить достаточно места для заголовка IPX.
Управление транспортом Управление транспортом является числом маршрутизаторов, которые пересек пакет на пути к месту назначения. Посылающие узлы при создании пакета IPX всегда задают это поле как ноль. Когда маршрутизатор получает пакет, требующий дальнейшей маршрутизации для достижения конечного места назначения, значение поля увеличивается на единицу и пакет передается дальше.
Тип пакета Поле типа пакета указывает вид службы, которая либо предлагается, либо требуется пакету. В таблице 3.2 перечислены некоторые часто используемые типы пакетов, которые могут встретиться в трассировках сетей.
Сеть назначения Сеть назначения является номером сети, к которой присоединен узел назначения. Когда посылающий компьютер задает это поле как 0x0, предполагается, что узел назначения находится в том же сетевом сегменте, что и посылающий узел.
Существует особый случай, когда рабочая станция посылает широковещательные запросы протоколов маршрутизации SAP — Get Neareast Server (Найти ближайший сервер) и RIP — Get Local Target (Найти локального получателя) (или Route Request — Запрос маршрута) во время инициализации. Так как рабочая станция еще не знает, к какой сети принадлежит, она задает поля сети источника и сети назначения как 0 для этих запросов. Когда маршрутизатор получает один из этих запросов, он посылает ответ непосредственно посылающей рабочей станции, заполняя поля сети источника и сети назначения соответствующими сетевыми номерами.
В дополнение к сетевому номеру 0 номера OxFFFFFFFF и OxFFFFFFFE зарезервированы для специальных целей. В связи с этим они не должны назначаться никакой сети IPX. Дополнительную информацию о зарезервированных сетевых номерах можно найти ниже в разделе о зарезервированных номерах.
Узел назначения Поле узла назначения содержит физический адрес узла назначения. Узел в сети Ethernet будет использовать все шесть байтов этого поля для определения своего адреса. Некоторые другие методы доступа к сети могут использовать здесь меньше шести байтов. Адрес узла OxFFFFFFFFFFFF (т.е. шесть байтов по OxFF) посылает пакет всем узлам в сети назначения.
Сокет назначения Поле сокета назначения является адресом сокета процесса назначения пакета. Эти сокеты будут направлять пакеты в различные процессы внутри одной машины.
Сеть источника Поле сети источника является номером сети, к которой присоединен узел источника. Если посылающий узел задает это поле равным нулю, это означает, что локальная сеть машины источника неизвестна. Для маршрутизаторов правила, применяемые к полю сети назначения, также применимы к полю сети источника, за исключением того, что маршрутизаторы могут пересылать полученные пакеты, у которых это поле задано как ноль.
Хотя просмотр сети делает достаточно удобным для некоторых пользователей исследование ресурсов LAN/WAN, это обеспечивается за счет достаточно высокой цены в терминах использования трафика. Как мы видели в этом разделе, трафик броузера с необходимыми накладными расходами и сопровождением может потребовать много байтов из доступной полосы пропускания сети. Помня об этом, нам необходимо иметь возможность сохранить ресурсы и найти им лучшее применение. Рассмотрим некоторые идеи.
Отключение серверных служб на рабочих станциях Отключите на машинах Windows 9.x общий доступ к файлам и печати, если они в действительности не предоставляют службы файлов и печати. Это поможет убрать объявления и сократит объем списка просмотра. Даже не предоставляя никаких ресурсов, эти машины будут требовать записи в списке просмотра, которая занимает как минимум 27 байтов. Дополнительные серверные комментарии занимают лишнее место в списке просмотра и часто не представляют особой ценности. Например, сервер с именем exchange не нуждается в действительности в каком-либо дополнительном комментарии. На рабочей станции или сервере Windows NT для того, чтобы отключить серверную службу, достаточно обратиться к апплету служб в панели управления, выбрать серверную службу и задать ее как manual (ручное управление).
Ограничьте число потенциальных броузеров Чтобы контролировать число выборов броузеров, появление и удаление резервных броузеров и весь связанный с этим трафик, можно ограничить количество машин в иерархии броузеров. Это требует внесения изменений в каждую машину, которые перечислены ниже.
• На машине Windows NT существует настройка реестра, которую необходимо изменить: HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentCont-rolSet\Services\Browser\ Parameters\MaintainServerList должен задан как по (нет).
• На машине Windows 9.x в сетевом апплете в панели управления выберите службу общего использования файлов и печати. Выберите свойства (properties) и отключите параметр "browse master".
• На компьютере Windows for Workgroups необходимо отредактировать файл system.ini. В разделе network добавьте MaintainServerList = nо.
Удалите ненужные протоколы Просмотр выполняется для каждого протокола. Если компьютер имеет четыре установленных протокола, объявления броузера и выборы будут повторяться для каждого из них. Если исключить два из этих протоколов, то можно существенно сократить объем трафика броузера.
Используйте ярлыки для обращения к сетевым ресурсам Удобно использовать ярлыки для обращения к часто используемым сетевым ресурсам. Они значительно быстрее и существенно сокращают сетевой трафик. Использование редактора политик и отключения сетевого окружения для большинства пользователей поможет реально сократить сетевой трафик. Создайте папку с ярлыками для ресурсов, которые им нужны, и сделайте ее общей группой значков рабочего стола.
