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.
Управление потоком является функцией, которая предотвращает перегрузку сети, не позволяя передающему устройству перегружать принимающие устройства данными. Существует ряд возможных причин сетевой перегрузки. Например, высокоскоростной компьютер может создавать трафик быстрее, чем сеть может его передавать, или быстрее, чем устройство назначения может его получить и обработать. Существуют три обычно используемых метода обработки сетевой перегрузки:
1. Буферизация используется сетевыми устройствами для временного хранения всплесков избыточных данных в памяти, пока их нельзя будет обработать. Случайные всплески данных легко обрабатываются с помощью буферизации. Однако избыточные всплески данных могут переполнить память, заставляя устройство отбрасывать все прибывающие дополнительные дейтаграммы.
2. Принимающие устройства направляют источникам сообщения подавления передачи, чтобы предотвратить переполнение своих буферов. Получающее устройство посылает сообщение подавления передачи, чтобы источник уменьшил текущую скорость передачи данных по нескольким причинам. Возможно, наиболее общая причина возникает, когда получающее устройство начинает отбрасывать полученные данные в связи с переполнением буферов. Когда это происходит, получающее устройство начинает посылать подавляющие источник сообщения передающему устройству со скоростью одного сообщения на каждый отброшенный пакет. Когда они начинают приходить на устройство источника, оно снижает скорость данных, пока не перестанет получать сообщения. Как только принимающее устройство прекратит посылать сообщения подавления передачи, устройство-источник станет постепенно увеличивать скорость данных до тех пор, пока снова не получит запросов подавления.
3. Создание окна является схемой управления потоком, при которой устройство-источник требует от устройства-приемника подтверждения приема после передачи определенного числа пакетов. При размере окна, равном трем, источник требует подтверждения после отправки трех пакетов. Посмотрим, как это работает. Устройство-источник посылает три пакета устройству назначения. После получения трех пакетов устройство назначения посылает источнику подтверждение. Источник получает подтверждение и посылает еще три пакета. Если устройство назначения не получает один или большее число пакетов по какой-то причине (например, из-за переполнения буферов), у него нет достаточного количества пакетов, чтобы послать подтверждение. Источник, не получив подтверждения, повторно посылает пакеты с уменьшенной скоростью передачи.
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.
На рис. показан пример заголовка IР, как он определен в сети \Vindows NT. Первое поле в заголовке IР предназначено для версии, которая имеет в длину четыре бита. Поле версии указывает формат заголовка IР и поэтому сообщает другим машинам, как интерпретировать данные. Здесь показана версия 4. Следующим полем является поле длины заголовка IР. Для этой информации выделены четыре бита. Это число является длиной заголовка
IР в 32-битных словах и поэтому указывает на начало данных. Отметим, что минимальное значение для правильного заголовка равно пяти, что составляет 20 байтов. В шестнадцатеричной панели внизу рис. выделенная область является заголовком IР. Первое число равно 45. Это означает, что-это заголовок 1Р версии 4, имеющий длину 5x32 битов.
Следующее поле использует восемь битов для типа службы, чтобы задать значения абстрактных параметров желаемого качества службы. Эти параметры должны использоваться при выборе параметров реальной службы во время передачи дейтаграммы через определенную сеть. Несколько сетей предлагают приоритет службы, которая считает трафик с высоким приоритетом более важным, чем остальной трафик (обычно принимая трафик только выше определенного приоритета во время высокой нагрузки). Основным выбором является трехсторонний компромисс между низкой задержкой, высокой надежностью и высокой пропускной способностью.
Трансляционный перенос (translational bridging) используется для соединения сетей со смешанной средой передачи, таких как сеть Token Ring и Ethernet. При этом может возникнуть проблема, связанная с тем, что MTU двух сетей существенно различаются. В сегменте Token Ring допустимо MTU от 4464 до 17914, в то время как в сегменте Ethernet MTU ограничено 1500. Если два сегмента соединены мостом, то может возникнуть ситуация, когда пакеты отбрасываются, потому что мост не может фрагментировать данные, как это делает маршрутизатор. Одно из решений — задать MTU на серверах NT, соединенных с сетью Token Ring, равным 1500, для гарантии, что пакеты не будут отброшены в связи с чрезмерным размером. Конечно, прежде чем это сделать, необходимо выполнить мониторинг сети, чтобы увидеть, были ли отброшены пакеты. Если это так, то может помочь следующая запись в реестре.
Поле времени жизни (TTL — time-to-live) имеет восемь битов в длину и следует за полем сдвига фрагмента. Это поле указывает максимальное время, в течение которого дейтаграмма может оставаться в Интернете. Если это поле содержит значение ноль, то дейтаграмма должна быть разрушена. Это поле изменяется при обработке заголовка IР. Время измеряется в единицах секунд, но так как каждый модуль, обрабатывающий дейтаграмму, должен уменьшить ТТL по крайней мере на единицу, даже если он занят этим менее секунды, TTL должно рассматриваться только как верхняя граница времени, в течение которого сможет существовать дейтаграмма. Цель состоит в том, чтобы отбрасывать дейтаграммы, которые невозможно доставить, связав это с максимальным временем жизни дейтаграммы. По умолчанию TTL в Windows NT версии 3.5Х равно 32 секундам; в Windows NT 4.0 оно было поднято до 128 секунд. Это значение по сути является пределом того, сколько маршрутизаторов может пройти дейтаграмма IP, прежде чем будет отброшена. Это значение можно изменить в реестре, как показано дальше:
Далее следует поле протокола, указывающее на протокол следующего уровня, используемый данными дейтаграммы IP. Для переноса этой информации используется восемь битов. Значения для различных протоколов определены в "Assigned Numbers" (Присвоенных номерах).
Потом идет поле контрольной суммы заголовка с 16 битами, выделенными для контрольной суммы только заголовка. Так как некоторые поля заголовка изменяются (например, время жизни), то она вычисляется повторно и проверяется в каждой точке, в которой обрабатывается заголовок IP. Для вычисления контрольной суммы суммируются дополнения до единиц всех 16-битных слов в заголовке, и к полученной сумме применяется операция 16-битного дополнения до единиц. Значение поля контрольной суммы задается равным нулю.
Следующие два поля являются адресом IP источника и адресом IP места назначения. Каждое из них имеет четыре октета. Именно здесь адреса IP включаются в обмен данными. Хотя это и важное поле, мы не собираемся тратить на него много времени, так как это может легко привести к обсуждению маршрутизации, широковещания и т.п. Эти вопросы будут рассмотрены позже, при обсуждении сетевого трафика.
Затем следует поле параметров, которое может появиться или не появиться в дейтаграммах. Они должны быть реализованы всеми модулями IP (хостом и шлюзами). Необязательным моментом является их передача в каждой конкретной дейтаграмме, а не их реализация. В некоторых средах параметр безопасности может потребоваться во всех дейтаграммах. Поле параметров имеет переменную длину. Параметры IP будут иметь размер от одного до 40 октетов. Это будет давать максимальный размер заголовка IP в 60 байтов. Может быть ноль или большее количество параметров. Каждый параметр начинается с кода типа параметра. Этот код делится на три поля, первое из которых является полем копирования. Если это поле задано как 1, то параметр должен быть скопирован во все фрагменты. Если оно задано как 0, то он используется только в первом фрагменте. Следующие два бита в октете кода параметра используются для указания класса используемого параметра. Если он задан как 0, то это управление дейтаграммой или сетью, если как 2, то он используется для отладки или измерения. Другие являются зарезервированными. Следующие пять битов используются для указания номера параметра в классе параметров.
Второй октет является длиной параметра, которая включает код типа параметра и октет длины, октет указателя и длину трех байтов данных о маршруте. Третий октет является указателем на данные о маршруте, указывающим октет, где начинается адрес следующего источника, который будет обрабатываться. Указатель связан с этим параметром, наименьшее законное значение для него равно 4. Некоторые из этих параметров перечислены в таблице 2.2.
