Использование протоколов

В середине 1970 гг. Агентство по Внедрению Научно-исследова­тельских Проектов Передовой технологии при Министерстве обороны (DARPA) заинтересовалось организацией сети с коммутацией пакетов для обеспечения связи между научно-исследовательскими институтами в США. DARPA и другие правительственные организации понимали, ка­кие потенциальные возможности скрыты в технологии сети с коммута­цией пакетов; они только что начали сталкиваться с проблемой, с кото­рой сейчас приходится иметь дело практически всем компаниям, а именно с проблемой связи между различными компьютерными система­ми.

Поставив задачу добиться связности гетерогенных систем, DARPA финансировала исследования, проводимые Стэнфордским уни­верситетом и компаниями Bolt, Beranek и Newman (BBN) с целью созда­ния ряда протоколов связи. Результатом этих работ по разработке, завер­шенных в конце 1970 гг., был комплект протоколов Internet, из которых наиболее известными являются Transmission Control Protocol (TCP) и Internet Protocol (IP).

Протоколы Internet можно использовать для передачи сообщений через любой набор объединенных между собой сетей. Они в равной мере пригодны для связи как в локальных, так и в глобальных сетях. Комплект протоколов Internet включает в себя не только спецификации низших уровней (такие, как TCP и IP), но также спецификации для таких общих применений, как почта, эмуляция терминалов и передача файлов.

Процесс разработки и выдачи документации протоколов Internet скорее напоминает академический исследовательский проект, чем что-либо другое. Протоколы определяются в документах, называемых Requests for Comments (RFC) (Запросы для Комментария). RFC публи­куются, а затем рецензируются и анализируются специалистами по Internet. Уточнения к протоколам публикуются в новых RFC. Взятые вместе, RFC обеспечивают красочную историю людей, компаний и на­правлений, которые формировали разработку комплекта протоколов для открытой системы, который сегодня является самым популярным в ми­ре.

 

Сетевой уровень

IP является основным протоколом Уровня 3 в комплекте протоко­лов Internet. В дополнение к маршрутизации в объединенных сетях, IP обеспечивает фрагментацию и повторную сборку дейтаграмм, а также сообщения об ошибках. Наряду с TCP, IP представляет основу комплек­та протоколов Internet.

Заголовок IP начинается с номера версии (version number), кото­рый указывает номер используемой версии IP.

Поле длины заголовка (IHL) обозначает длину заголовка дейта­граммы в 32-битовых словах.

Поле типа услуги (type-of-service) указывает, каким образом долж­на быть обработана текущая дейтаграмма в соответствии с указаниями конкретного протокола высшего уровня. С помощью этого поля дейта­граммам могут быть назначены различные уровни значимости.

Поле общая длина (total length) определяет длину всего пакета IP в байтах, включая данные и заголовок.

Поле идентификации (identification) содержит целое число, обо­значающее текущую дейтаграмму. Это поле используется для соедине­ния фрагментов дейтаграммы.

Поле флагов (flags) (содержащее бит DF, бит MF и сдвиг фрагмен­та) определяет, может ли быть фрагментирована данная дейтаграмма и является ли текущий фрагмент последним.

Поле срок жизни (time-to-live) поддерживает счетчик, значение которого постепенно уменьшается до нуля; в этот момент дейтаграмма отвергается. Это препятствует зацикливанию пакетов.

Поле протокола (protocol) указывает, какой протокол высшего уровня примет входящие пакеты после завершения обработки IP.

Поле контрольной суммы заголовка (header checksum) помогает обеспечивать целостность заголовка ID.

Поля адресов источника и пункта назначения (source and destina­tion address) обозначают отправляющий и принимающий узлы.

Поле опции (options) позволяет IP обеспечивать факультативные возможности, такие, как защита данных.

Поле данных (data) содержит информацию высших уровней.

Адресация

Как и у других протоколов сетевого уровня, схема адресации IP является интегральной по отношению к процессу маршрутизации дейта­грамм IP через объединенную сеть. Длина адреса IP составляет 32 бита, разделенных на две или три части. Первая часть обозначает адрес сети, вторая (если она имеется) — адрес подсети, и третья — адрес главной вы­числительной машины. Адреса подсети присутствуют только в том слу­чае, если администратор сети принял решение о разделении сети на под­сети. Длина полей адреса сети, подсети и главной вычислительной машины являются переменными величинами.

Адресация IP обеспечивает пять различных классов сети. Самые крайние левые биты обозначают класс сети.

Class А

Сети класса А предназначены главным образом для использова­ния с несколькими очень крупными сетями, так как они обеспечивают всего 7 битов для поля адреса сети.

Class В

Сети класса В выделяют 14 битов для поля адреса сети и 16 битов для поля адреса главной вычислительной машины. Этот класс адреса обеспечивает хороший компромисс между адресным пространством се­ти и главной вычислительной машины.

Class С

Сети класса С выделяют 22 бита для поля адреса сети. Однако се­ти класса С обеспечивают только 8 битов для поля адреса главной вычис­лительной машины, поэтому число главных вычислительных машин, приходящихся на сеть, может стать ограничивающим фактором.

Class D

Адреса класса D резервируются для групп с многопунктовой адре­сацией (в соответствии с официальным документом RFC 1112). В адре­сах класса D четыре бита наивысшего порядка устанавливаются на зна­чения 1,1,1 и 0.

Class Е

Адреса класса Е также определены IP, но зарезервированы для ис­пользования в будущем. В адресах класса Е все четыре бита наивысшего порядка устанавливаются на 1.

Адреса IP записываются в формате десятичного числа с простав­ленными точками, например, 34.0.0.1.

Сети IP могут также быть разделены на более мелкие единицы, на­зываемые подсетями (subnets). Подсети обеспечивают дополнительную гибкость для администратора сети. Например, предположим, что какой-то сети назначен адрес класса В, и что все узлы в сети в данный момент соответствуют формату адреса класса В. Далее предположим, что пред­ставлением адреса этой сети в виде десятичного числа с точками являет­ся 128.10.0.0. (наличие одних нулей в поле адреса главной вычислитель­ной машины обозначает всю сеть). Вместо того, чтобы изменять все адреса на какой-то другой базовый сетевой номер, администратор может подразделить сеть, воспользовавшись организацией подсетей. Это вы­полняется путем заимствования битов из части адреса, принадлежащей главной вычислительной машине, и их использования в качестве поля адреса подсети.

Если администратор сети решил использовать восемь битов для организации подсети, то третья восьмерка адреса IP класса В обеспечи­вает номер этой подсети. В нашем примере адрес 128.10.0. относится к сети 128.10, подсети 1; адрес 128.10.2.0. относится к сети 128.10, подсети 2, и т.д.

Число битов, занимаемых для адреса подсети, является перемен­ной величиной. Для задания числа используемых битов IP обеспечивает маску подсети. Маски подсети используют тот же формат и технику представления адреса, что и адреса IP. Маски подсети содержат единицы во всех битах, кроме тех, которые определяют поле главной вычисли­тельной машины. Например, маска подсети, которая назначает 8 битов организации подсети для адреса 34.0.0.0. класса А, представляет собой выражение 255.255.0.0. Маска подсети, которая определяет 16 битов ор­ганизации подсети для адреса 34.0.0.0. класса А, представляется выраже­нием 255.255.255.0.

Для некоторых носителей (таких как локальные сети IEEE 802), адреса носителя и адреса IP определяются динамически путем использо­вания двух других составляющих комплекта протоколов Internet: Address Resolution Protocol (ARP) (Протокол разрешения адреса) и Reverse Address Resolution Protocol (RARP) (Протокол разрешения обратного ад­реса). ARP использует широковещательные сообщения для определения аппаратного адреса (уровень MAC), соответствующего конкретному межсетевому адресу. ARP обладает достаточной степенью универсально­сти, чтобы позволить использование IP с практически любым типом ме­ханизма, лежащего в основе доступа к носителю. RARP использует ши­роковещательные сообщения для определения адреса объединенной сети, связанного с конкретным аппаратным адресом. RARP особенно ва­жен для узлов, не имеющих диска, которые могут не знать своего межсе­тевого адреса, когда они выполняют начальную загрузку.

Маршрутизация Internet

Устройства маршрутизации в сети Internet традиционно называ­ются шлюзами (gateway), что является очень неудачным термином, так как повсеместно в индустрии сетей этот термин применяют для обозна­чения устройства с несколько иными функциональными возможностя­ми. Шлюзы (которые мы с этого момента будем называть роутерами) в сети Internet организованы в соответствии с иерархическим принципом. Некоторые роутеры используются для перемещения информации через одну конкретную группу сетей, находящихся под одним и тем же адми­нистративным началом и управлением (такой объект называется авто­номной системой — autonomous system). Роутеры, используемые для об­мена информацией в пределах автономных систем, называются внутренними роутерами (interior routers); они используют различные протоколы для внутренних роутеров (interior gateway protocol — IGP) для выполнения этой задачи. Роутеры, которые перемещают информацию между автономными системами, называются внешними роутерами (exterior routers); для этого они используют протоколы для внешних роу­теров.

Протоколы маршрутизации IP-это динамичные протоколы. При динамичной маршрутизации (dynamic routing) запросы о маршрутах должны рассчитываться программным обеспечением устройств маршру­тизации через определенные интервалы времени. Этот процесс противо­положен статической маршрутизации (static routing), при которой марш­руты устанавливаются администратором сети и не меняются до тех пор, пока администратор сети не поменяет их. Таблица маршрутизации IP со­стоит из пар «адрес назначения/следующая пересылка».

Маршрутизация IP определяет характер перемещения дейтаграмм IP через объединенные сети (по одной пересылке за раз). В начале путе­шествия весь маршрут не известен. Вместо этого на каждой остановке вычисляется следующий пункт назначения путем сопоставления адреса пункта назначения, содержащегося в дейтаграмме, с записью данных в маршрутной таблице текущего узла. Участие каждого узла в процессе маршрутизации состоит только из продвижения пакетов, базируясь только на внутренней информации, вне зависимости от того, насколько успешным будет процесс и достигнет или нет пакет конечного пункта назначения. Другими словами, IP не обеспечивает отправку в источник сообщений о неисправностях, когда имеют место аномалии маршрутиза­ции. Выполнение этой задачи предоставлено другому протоколу Internet, а именно Протоколу управляющих сообщений Internet (Internet Control Message Protocol — ICMP).

ICMP

ICMP выполняет ряд задач в пределах объединенной сети IP. В до­полнение к основной задаче, для выполнения которой он был создан (сообщение источнику об отказах маршрутизации), ICMP обеспечивает также метод проверки способности узлов образовывать повторное эхо в объединенной сети (сообщения Echo и Reply ICMP), метод стимулиро­вания более эффективной маршрутизации (сообщение Redirect ICMP — переадресация ICMP), метод информирования источника о том, что ка­кая-то дейтаграмма превысила назначенное ей время существования в пределах данной объединенной сети (сообщение Time Exceeded ICMP — «время превышено») и другие полезные сообщения. Сделанное недавно дополнение к ICMP обеспечивает для новых узлов возможность нахож­дения маски подсети, используемой в межсети в данный момент. В це­лом, ICMP является интегральной частью любых реализаций IP, особен­но таких, которые используются в роутерах.

 

Транспортный уровень

Транспортный уровень Internet реализуется TCP и Протоколом Дейтаграмм Пользователя (User Datagram Protocol — UDP). TCP обеспе­чивает транспортировку данных с установлением соединения, в то время как UDP работает без установления соединения.

 

Протокол управления передачей (TCP)

Transmission Control Protocol (TCP) обеспечивает полностью дуб­лированные, с подтверждением и управлением потоком данных, услуги для протоколов высших уровней. Он перемещает данные в непрерывном неструктурированном потоке, в котором байты идентифицируются по номерам последовательностей. TCP может также поддерживать много­численные одновременные диалоги высших уровней.

Поле «порт источника» (source port) обозначает точку, в которой конкретный процесс высшего уровня источника принимает услуги TCP; поле «порт пункта назначения» (destination port) обозначает порт процес­са высшего уровня пункта назначения для услуг TCP.

Поле «номер последовательности» (sequence number) обычно обо­значает номер, присвоенный первому байту данных в текущем сообще­нии. В некоторых случаях оно может также использоваться для 

обозначения номера исходной последовательности, который должен ис­пользоваться в предстоящей передаче.

Поле «номер подтверждения» (acknowledgement number) содержит номер последовательности следующего байта данных, которую отправи­тель пакета ожидает для приема.

Поле «сдвиг данных» (data offset) обозначает число 32-битовых слов в заголовке TCP.

Поле «резерв» (reserved) зарезервировано для использования раз­работчиками протокола в будущем.

Поле «флаги» (flags) содержит различную управляющую информа­цию.

Поле «окно» (window) обозначает размер окна приема отправите­ля (буферный объем, доступный для поступающих данных).

Поле «контрольная сумма» (checksum) указывает, был ли заголо­вок поврежден при транзите.

Поле «указатель срочности» (urgent pointer) указывает на первый байт срочных данных в пакете.

Поле «опции» (options) обозначает различные факультативные возможности TCP.

 

Протокол дейтаграмм пользователя (UDP)

Протокол UDP намного проще, чем TCP; он полезен в ситуациях, когда мощные механизмы обеспечения надежности протокола TCP не обязательны. Заголовок UDP имеет всего четыре поля: поле порта источ­ника (source port), поле порта пункта назначения (destination port), поле длины (length) и поле контрольной суммы UDP (checksum UDP). Поля порта источника и порта назначения выполняют те же функции, что и в заголовке TCP. Поле длины обозначает длину заголовка UDP и данных; поле контрольной суммы обеспечивает проверку целостности пакета. Контрольная сумма UDP является факультативной возможностью.

Протоколы высших уровней

Комплект протоколов Internet включает в себя большое число протоколов высших уровней, представляющих самые разнообразные применения, в том числе управление сети, передача файлов, распреде­ленные услуги пользования файлами, эмуляция терминалов и электрон­ная почта.

Протокол передачи файлов (File Transfer Protocol — FTP) обеспе­чивает способ перемещения файлов между компьютерными системами. Telnet обеспечивает виртуальную терминальную эмуляцию. Протокол управления простой сетью (Simle network management protocol — SNMP) является протоколом управления сетью, используемым для сообщения об аномальных условиях в сети и установления значений допустимых порогов в сети. X Windows является популярным протоколом, который позволяет терминалу с интеллектом связываться с отдаленными ком­пьютерами таким образом, как если бы они были непосредственно под­ключенными мониторами.

Комбинация протоколов Network File System (NFS) (Система се­тевых файлов), External Data Representation (XDP) (Представление внеш­ней информации) и Remote Procedure Call (RPC) (Вызов процедуры об­ращений к отдаленной сети) обеспечивает прозрачный доступ к ресурсам отдаленной сети. Простой протокол передачи почты (Simple Mail Transfer Protocol — SMTP) обеспечивает механизм передачи элек­тронной почты. Эти и другие применения используют услуги TCP/IP и других протоколов Internet низших уровней, чтобы обеспечить пользова­телей базовыми сетевыми услугами.

Основы технологии

В качестве среды NOS, NetWare определяет пять высших уровней эталонной модели OSI. Она обеспечивает совместное пользование фай­лами и принтером, поддержку различных прикладных задач, таких как передача электронной почты и доступ к базе данных, и другие услуги. Также, как и другие NOS, такие как Network File System (NFS) компании Sun Microsystems, Inc. и LAN Manager компании Microsoft Corporation, NetWare базируется на архитектуре клиент-сервер (client-server architec­ture). В таких архитектурах клиенты (иногда называемые рабочими стан­циями) запрашивают у серверов определенные услуги, такие как доступ к файлам и принтеру.

Первоначально клиентами NetWare были небольшие PC, в то вре­мя как серверами были ненамного более мощные PC. После того, как NetWare стала более популярной, она была перенесена на другие ком­пьютерные платформы. В настоящее время клиенты и сервера могут быть представлены практически любым видом компьютерной системы, от PC до универсальных вычислительных машин.

Основная характеристика системы клиент-сервер заключается в том, что доступ к отдаленной сети является прозрачным для пользовате­ля. Это достигается с помощью удаленного вызова процедур (remote pro­cedure calls) — такого процесса, когда программа местного компьютера, работающая на оборудовании клиента, отправляет вызов в удаленный сервер. Этот сервер выполняет указанную процедуру и возвращает за­прошенную информацию клиенту местного компьютера.

 

Доступ к среде

NetWare работает с Ethenet/IEEE 802.3, Token Ring/IEEE 802.5, Fiber Distributed Data Interface (FDDI) и ARCnet.

ARCnet представляет собой систему простой сети, которая под­держивает все три основных носителя (скрученную пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель) и две топологии (шина и звез­да). Она была разработана корпорацией Datapoint Corporation и выпуще­на в 1977. Хотя ARCnet не приобрела такую популярность, какой пользу­ются Ethernet и Token Ring, ее гибкость и низкая стоимость завоевали много верных сторонников.

Сетевой уровень

Internet Packet Exchange (IPX) является оригинальным протоко­лом сетевого уровня Novell. Если устройство, с которым необходимо ус­тановить связь, находится в другой сети, IPX прокладывает маршрут для прохождения информации через любые промежуточные сети, которые могут находиться на пути к пункту назначения.

Пакет IPX начинается с 16-битового поля контрольной суммы (checksum), которое устанавливается на единицы.

16-битовое поле длины (length) определяет длину полной дейта­граммы IPX в байтах. Пакеты IPX могут быть любой длины, вплоть до размеров максимальной единицы передачи носителя (MTU). Фрагмен­тация пакетов не применяется.

За полем длины идет 8-битовое поле управления транспортиров­кой (transport control), которое обозначает число роутеров, через которые прошел пакет. Когда значение этого поля доходит до 15, пакет отвергает­ся исходя из предположения, что могла иметь место маршрутная петля.

8-битовое поле типа пакета (packet type) определяет протокол выс­шего уровня для приема информации пакета. Двумя общими значения­ми этого поля являются 5, которое определяет Sequenced Packet Exchange (SPX) (Упорядоченный обмен пакетами) и 17, которое определяет NetWare Core Protocol (NCP) (Основной протокол NetWare).

Информация адреса пункта назначения (destination address) зани­мает следующие три поля. Эти поля определяют сеть, главную вычисли­тельную машину и гнездо (процесс) пункта назначения.

Следом идут три поля адреса источника (source address), определя­ющих сеть, главную вычислительную машину и гнездо источника.

За полями пункта назначения и источника следует поле данных (data). Оно содержит информацию для процессов высших уровней.

Хотя IPX и является производной XNS, он имеет несколько уни­кальных характеристик. С точки зрения маршрутизации, наиболее важ­ное различие заключается в механизмах формирования пакетов данных этих двух протоколов. Формирование пакета данных — это процесс упа­ковки информации протокола высшего уровня и данных в блок данных. Блоки данных являются логическими группами информации, очень по­хожими на слова телефонного разговора. XNS использует стандартное формирование блока данных Ethernet, в то время как пакеты IPX форми­руются в блоки данных Ethernet Version 2.0 или IEEE 802.3 без информа­ции IEEE 802.2, которая обычно сопровождает эти блоки данных.

Для маршрутизации пакетов в объединенных сетях IPX использу­ет протокол динамической маршрутизации, называемый Routing Infor­mation Protocol (RIP) (Протокол маршрутной информации). Также, как и XNS, RIP получен в результате усилий компании Xerox по разработке семейства протоколов XNS. В настоящее время RIP является наиболее часто используемым протоколом для внутренних роутеров (interior gate­way protocol-IGP) в сообществе Internet-среде международной сети, обеспечивающей связность практически со всеми университетами и ис­следовательскими институтами и большим числом коммерческих орга­низаций в США, а также со многими иностранными организациями.

В дополнение к разнице в механизмах формирования пакетов, Novell также дополнительно включила в свое семейство протоколов IPX протокол, называемый Service Adverticement Protocol (SAP) (Протокол объявлений об услугах). SAP позволяет узлам, обеспечивающим услуги, объявлять о своих адресах и услугах, которые они обеспечивают.

Novell также поддерживает «Блок адресуемой сети» LU 6.2 компа­нии IBM (LU 6.2 network addressable unit — NAU). LU 6.2 обеспечивает связность по принципу равноправных систем через среду сообщений IBM. Используя возможности LU 6.2, которые имеются у NetWare, узлы NetWare могут обмениваться информацией через сеть IBM. Пакеты NetWare формируются в пределах пакетов LU 6.2 для передачи через сеть IBM.

 

Транспортный уровень

Sequenced Packet Exchange (SPX) (Упорядоченный обмен пакета­ми) является наиболее часто используемым протоколом транспортного уровня NetWare. Novell получила этот протокол в результате доработки Sequenced Packet Protocol (SPP) системы XNS. Как и протокол TCP (Transmission Control Protocol) и многие другие протоколы транспортно­го уровня, SPX является надежным, с установлением соединения прото­колом, который дополняет услуги дейтаграмм, обеспечиваемые прото­колами Уровня 3.

Novell также предлагает поддержку протокола Internet Protocol (IP) в виде формирования протоколом User Datagram Protocol (UDP)/IP других пакетов Novell, таких как пакеты SPX/IPX. Для транспортировки через объединенные сети, базирующиеся на IP, дейтаграммы IPX фор­мируются внутри заголовков UDP/IP.

 Протоколы высших уровней

NetWare поддерживает большое разнообразие протоколов высших уровней; некоторые из них несколько более популярны, чем другие. NetWare shell (командный процессор) работает в оборудовании клиентов (которое часто называется рабочими станциями среди специалистов по NetWare) и перехватывает обращения прикладных задач к устройству Ввод/Вывод, чтобы определить, требуют ли они доступ к сети для удов­летворения запроса. Если это так, то NetWare shell организует пакеты за­просов и отправляет их в программное обеспечение низшего уровня для обработки и передачи по сети. Если это не так, то они просто передают­ся в ресурсы местного устройства Ввода/Вывода. Прикладные задачи клиента не осведомлены о каких-либо доступах к сети, необходимых для выполнения обращений прикладных задач. NetWare Remote Procedure Call (Netware RPC) (Вызов процедуры обращения к отдаленной сети) яв­ляется еще одним более общим механизмом переадресации, поддержи­ваемым Novell.

Netware Core Protocol (NCP) (Основной протокол NetWare) пред­ставляет собой ряд программ для сервера, предназначенных для удовле­творения запросов прикладных задач, приходящих, например, из NetWare shell. Услуги, предоставляемые NCP, включают доступ к фай­лам, доступ к принтеру, управление именами, учет использования ресур­сов, защиту данных и синхронизацию файлов.

NetWare также поддерживает спецификацию интерфейса сеансо­вого уровня Network Basic I/O System (NetBIOS) компаний IBM и Microsoft. Программа эмуляции NetBIOS, обеспечиваемая NetWare, поз­воляет программам, написанным для промышленного стандартного ин­терфейса NetBIOS, работать в пределах системы NetWare.

Услуги прикладного уровня NetWare включают NetWare Message Handling Service (NetWare MHS) (Услуги по обработке сообщений), Btrieve, NetWare Loadable Modules (NLM) (Загружаемые модули NetWare) и различные характеристики связности IBM. NetWare MHS яв­ляется системой доставки сообщений, которая обеспечивает транспор­тировку электронной почты. Btrieve представляет собой реализацию ме­ханизма доступа к базе данных двоичного дерева (btree) Novell. NLM реализуются как дополнительные модули, которы* подключаются к сис­теме NetWare. В настоящее время компания Novell и третьи участвующие стороны предоставляют NLM для чередующихся комплектов протоко­лов (alternate protocol stacks), услуги связи, услуги доступа к базе данных и много других услуг.

Протоколы OSI

В первые годы появления межкомпьютерной связи программное обеспечение организации сетей создавалось бессистемно, для каждого отдельного случая. После того, как сети приобрели достаточную попу­лярность, некоторые из разработчиков признали необходимость стан­дартизации сопутствующих изделий программного обеспечения и разра­ботки аппаратного обеспечения. Считалось, что стандартизация позволит поставщикам разработать системы аппаратного и программно­го обеспечения, которые смогут сообщаться друг с другом даже в том слу­чае, если в их основе лежат различные архитектуры. Поставив перед со­бой эту цель, ISO начала разработку эталонной модели Open Systems Interconnections (OSI) (Взаимодействие открытых систем). Эталонная модель OSI была завершена и выпущена в 1984 г.

В настоящее время эталонная модель OSI является самой выдаю­щейся в мире моделью архитектуры объединенных сетей. Она также яв­ляется самым популярным средством приобретения знаний о сетях. С другой стороны, у протоколов OSI был длинный период созревания. И хотя известно о некоторых реализациях OSI, протоколы OSI все еще не завоевали той популярности, которой пользуются многие патентован­ные протоколы (например, DECnet и AppleTalk) и действующие стандар­ты (например, протоколы Internet).

Основы технологии

Объединение сетей OSI использует уникальную терминологию.

End system (ES)

Термин «конечная система» относится к любому устройству сети, не занимающемуся маршрутизацией.

Intermediate system (IS)

Термин «промежуточная система» относится к роутеру.

Area

«Область» обозначает группу смежных сетей и подключенных к ним хостов; область назначается администратором сети или другим ана­логичным лицом.

Domain

«Домен» представляет собой набор соединенных областей. Доме­ны маршрутизации обеспечивают полную связность со всеми конечны­ми системами, находящимися в их пределах.

Доступ к среде

Также, как и некоторые другие современные 7-уровневые ком­плекты протоколов, комплект OSI включает в себя многие популярные сегодня протоколы доступа к носителю. Это позволяет другим комплек­там протоколов существовать наряду с OSI в одном и том же носителе В OSI входят IEEE 802.2, IEEE 802.3, IEEE 802.5, FDDI, X.21, V.35, Х.25 и другие.

Сетевой уровень

OSI предлагает услуги сетевого уровня как без установления со­единения, так и ориентированные на установления логического соеди­нения. Услуги без установления соединения описаны в ISO 8473 (обыч­но называемом Connectionless Network Protocol — CLNP — Протокол сети без установления соединения). Обслуживание, ориентированное на установление логического соединения (иногда называемое Connection-Oriented Network Service — CONS) описывается в ISO 8208 (Х.25 Packet-Level Protocol — Протокол пакетного уровня Х.25, иногда называемый Connection-Mode Network Protocol — CMNP) и ISO 8878 (в котором опи­сывается, как пользоваться ISO 8208, чтобы обеспечить ориентирован­ные на установление логического соединения услуги OSI). Дополнитель­ный документ ISO 8881 описывает, как обеспечить работу Протокола пакетного уровня Х.25 в локальных сетях IEEE 802. OSI также определя­ет несколько протоколов маршрутизации.

В дополнение к уже упоминавшимся спецификациям протоколов и услуг, имеются другие документы, связанные с сетевым уровнем OSI, в число которых входят:

 

необходимо потому, что в отличие от других протоколов, протоколы се­тевого уровня OSI не различаются с помощью какого-либо идентифика­тора (ID) протокола или аналогичного поля канального уровня.

 

Услуги без установления соединения

Как видно из названия, CLNP является протоколом дейтаграмм без установления соединения, который используется для переноса дан­ных и указателей неисправности. По своим функциональным возможно­стям он похож на Internet Protocol (IP). Он не содержит средств обнару­жения ошибок и их коррекции, полагаясь на способность транспортного уровня обеспечить соответствующим образом эти услуги. Он содержит только одну фазу, которая называется «передача информации» (data transfer). Каждый вызов какого-либо примитива услуг не зависит от всех других вызовов, для чего необходимо, чтобы вся адресная информация полностью содержалась в составе примитива.

В то время как CLNP определяет действующий протокол, выпол­няющий типичные функции сетевого уровня, CLNS (Обслуживание се­ти без установления соединения) описывает услуги, предоставляемые транспортному уровню, в котором запрос о передаче информации реали­зуется доставкой, выполненной с наименьшими затратами (best effort). Такая доставка не гарантирует, что данные не будут потеряны, испорче­ны, что в них не будет нарушен порядок, или что они не будут скопиро­ваны. Обслуживание без установления соединения предполагает, что при необходимости все эти проблемы будут устранены в транспортном уровне. CLNS не обеспечивает никаких видов информации о соедине­нии или состоянии, и не выполняет настройку соединения. Так как CLNS обеспечивает транспортные уровни интерфейсом услуг, сопряга­ющим с CLNP, протоколы CNLS и CLNP часто рассматриваются вмес­те.

 

Услуги с установлением соединения

Услуги сети OSI с установлением соединения определяются ISO 8208 и ISO 8878. OSI использует Х.25 Racket-Level Protocol для переме­щения данных и указателей ошибок с установлением соединения. Для объектов транспортного уровня предусмотрено 6 услуг (одна для уста­новления соединения, другая для разъединения соединения, и четыре для передачи данных). Услуги вызываются определенной комбинацией из 4 примитив: запрос (request), указатель (indication), ответ (response) и подтверждение (confirmation).

Адресация

Услуги сети OSI предоставляются транспортному уровню через концептуальную точку на границе сетевого и транспортного уровней, из­вестную под названием «точки доступа к услугам сети» (network service access point — NSAP). Для каждого объекта транспортного уровня имеет­ся одна NSAP.

Каждая NSAP может быть индивидуально адресована в объеди­ненной глобальной сети с помощью адреса NSAP (в обиходе существует неточное название — просто NSAP). Таким образом, любая конечная си­стема OSI имеет, как правило, множество адресов NSAP. Эти адреса обычно отличаются только последним байтом, называемом n-selector.

Возможны случаи, когда полезно адресовать сообщение сетевому уровня системы в целом, не связывая его с конкретным объектом транс­портного уровня, например, когда система участвует в протоколах марш­рутизации или при адресации к какой-нибудь промежуточной системе (к роутеру). Подобная адресация выполняется через специальный адрес се­ти, известный под названием network entity title (NET) (титул объекта се­ти). Структурно NET идентичен адресу NSAP, но он использует специальное значение n-selector «00». Большинство конечных и проме­жуточных систем имеют только один NET, в отличие от роутеров IP, ко­торые обычно имеют по одному адресу на каждый интерфейс. Однако промежуточная система, участвующая в нескольких областях или доме­нах, имеет право выбора на обладание несколькими NET.

Адреса NET и NSAP являются иерархическими адресами. Адреса­ция к иерархическим системам облегчает как управление (путем обеспе­чения нескольких уровней управления), так и маршрутизацию (путем кодирования информации о топологии сети). Адрес NSAP сначала раз­деляется на две части: исходная часть домена (initial domain part — IDP) и специфичная часть домена (domain specific part — DSP). ГОР далее делит­ся на идентификатор формата и полномочий (authority and format identi­fier — AFI) и идентификатор исходного домена (initial domain identifier — IDI).

AFI обеспечивает информацию о структуре и содержании полей IDI и DSP, в том числе информацию о том, является ли IDI идентифика­тором переменной длины и использует ли DSP десятичную или двоич­ную систему счислений. IDI определяет объект, который может назна­чать различные значения части DSP адреса.

DSP далее подразделяется полномочным лицом, ответственным за ее управление. Как правило, далее следует идентификатор другого уп­равляющего авторитета, чем обеспечивается дальнейшее делегирование управления адресом в подорганы управления. Далее идет информация, используемая для маршрутизации, такая, как домены маршрутизации, область (area) с доменом маршрутизации, идентификатор (ID) станции в пределах этой области и селектор (selector) в пределах этой станции.

 

Транспортный уровень

Как обычно для сетевого уровня OSI, обеспечиваются услуги как без установления соединения, так и с установлением соединения. Фак­тически имеется 5 протоколов транспортного уровня OSI с установлени­ем соединения: ТРО, ТР1, ТР2, ТРЗ и ТР4. Все они, кроме ТР4, работают только с услугами сети OSI с установлением соединения. ТР4 работает с услугами сети как с установлением соединения, так и без установления соединения.

ТРО является самым простым протоколом транспортного уровня OSI, ориентированным на установления логического соединения. Из на­бора классических функций протокола транспортного уровня он выпол­няет только сегментацию и повторную сборку. Это означает, что ТРО об­ратит внимание на протокольную информационную единицу (protocol data unit — PDU) с самым маленьким максимальным размером, который поддерживается лежащими в основе подсетями, и разобьет пакет транс­портного уровня на менее крупные части, которые не будут слишком ве­лики для передачи по сети.

В дополнение к сегментации и повторной сборке ТР1 обеспечива­ет устранение базовых ошибок. Он нумерует все PDU и повторно от­правляет те, которые не были подтверждены. ТР1 может также повторно инициировать соединение в том случае, если имеет место превышение допустимого числа неподтвержденных PDU.

ТР2 может мультиплексировать и демультиплексировать потоки данных через отдельную виртуальную цепь. Эта способность делает ТР2 особенно полезной в общедоступных информационных сетях (PDN), где каждая виртуальная цепь подвергается отдельной загрузке. Подобно ТРО и ТР1, ТР2 также сегментирует и вновь собирает PDU.

ТРЗ комбинирует в себе характеристики ТР1 и ТР2.

ТР4 является самым популярным протоколом транспортного уровня OSI. ТР4 похож на протокол TCP из комплекта протоколов Internet; фактически, он базировался на TCP. В дополнение к характери­стикам ТРЗ, ТР4 обеспечивает надежные услуги по транспортировке. Его применение предполагает сеть, в которой проблемы не выявляются.

Протоколы высших уровней

Сеансовый уровень

Протоколы сеансового уровня OSI преобразуют в сеансы потоки данных, поставляемых четырьмя низшими уровнями, путем реализации различных управляющих механизмов. В число этих механизмов входит ведение учета, управление диалогом (т.е. определение, кто и когда может говорить) и согласование параметров сеанса.

Управление диалогом сеанса реализуется путем использования маркера (token), обладание которым обеспечивает право на связь. Мар­кер можно запрашивать, и конечным системам ES могут быть присвоены приоритеты, обеспечивающие неравноправное пользование маркером.

Представительный уровень

Представительный уровень OSI, как правило, является просто проходным протоколом для информации из соседних уровней. Хотя многие считают, что Abstract Syntax Notation 1 (ASN.1) (Абстрактное представление синтаксиса) является протоколом представительного уровня OSI, ASN.1 используется для выражения форматов данных в не­зависимом от машины формате. Это позволяет осуществлять связь меж­ду прикладными задачами различных компьютерных систем способом, прозрачным для этих прикладных задач.

Прикладной уровень

Прикладной уровень OSI включает действующие протоколы при­кладного уровня, а также элементы услуг прикладного уровня (applica­tion service elements — ASE). ASE обеспечивают легкую связь протоколов прикладного уровня с низшими уровнями. Тремя наиболее важными ASE являются Элемент услуг управления ассоциацией (Association Control Service Element — ACSE), Элемент услуг получения доступа к операциям отдаленного устройства (Remote Operations Service Element — ROSE) и Элемент услуг надежной передачи (Reliable Transfer Service Element — RTSE). При подготовке к связи между двумя протоколами прикладного уровня ACSE объединяет их имена друг с другом. ROSE ре­ализует родовой (generic) механизм «запрос/ответ», который разрешает доступ к операциям отдаленного устройства способом, похожим на вы­зовы процедуры обращений к отделенной сети (remote procedure calls — RPC). RTSE способствует надежной доставке, делая конструктивные элементы сеансового уровня легкими для использования. Наибольшего внимания заслуживают следующие пять протоколов прикладного уровня OSI:

♦     Common Management Information Protocol (CMIP)

Протокол общей информации управления — протокол управле­ния сети OSI Также, как и SNMP, он обеспечивает обмен управляющей информацией между ES и станциями управления (которые также явля­ются ES).

♦           Directory Services (DS)

Услуги каталогов. Разработанная на основе спецификации Х.500 CITT, эта услуга предоставляет возможности распределенной базы дан­ных, которые полезны для идентификации и адресации узлов высших ровней.

♦           File Transfer, Access and Management (FTAM)

Передача, доступ и управление файлами — услуги по передаче файлов. В дополнение к классической передаче файлов, для которой FTAM обеспечивает многочисленные опции, FTAM также обеспечивает средства доступа к распределенным файлам таким же образом, как это делает NetWare компании Novell, Inc или Network File System (NFS) ком­пании Sun Microsystems, Inc.

♦           Massage Handling Systems (MHS)

Системы обработки сообщений — обеспечивает механизм, лежа­щий в основе транспортировки данных для прикладных задач передачи сообщений по электронной почте и других задач, требующих услуг по хранению и продвижению данных. Хотя они и выполняют аналогичные задачи, MHS не следует путать с NetWare MHS компании Novell.

♦           Virtual Terminal Protocol (VTP)

Протокол виртуальных терминалов — обеспечивает эмуляцию терминалов. Другими словами, он позволяет компьютерной системе для отдаленной ES казаться непосредственно подключенным терминалом. С помощью VTP пользователь может, например, выполнять дистанцион­ные работы на универсальных вычислительных машинах.

Banyan VINES

Компания Banyan Virtual Network System (VINES) реализовала си­стему распределенной сети, базирующуюся на семействе патентованных протоколов, разработанных на основе протоколов Xerox Network Systems (XNS) компании XEROX. Среда распределенной системы обеспечивает прозрачный для пользователя обмен информации между клиентами (компьютерами пользователя) и служебными устройствами (компьюте­рами специального назначения, которые обеспечивают услуги, такие, как файловое и принтерное обслуживание). Наряду с NetWare компании Novell, LAN Server компании IBM и LAN Manager компании Microsoft, VINES является одной из самых популярных сред распределенной систе­мы для сетей, базирующихся на микрокомпьютерах.

 

Доступ к среде

Два низших уровня комплекта протоколов VINES реализованы с помощью различных общеизвестных механизмов доступа к носителю, включая Управление информационным каналом высшего уровня (HDLC), Х.25, Ethernet и Token Ring.

 

Сетевой уровень

Для выполнения функций Уровня 3 (в том числе маршрутизации в объединенной сети) VINES использует Протокол межсетевого обмена VINES (VINES Internetwork Protocol — VIP). VINES также обеспечивает собственный Протокол разрешения адреса (ARP), собственную версию Протокола информации маршрутизации (Routing Information Protocol — RIP), которая называется Протоколом корректировки маршрутизации (Routing Update Protocol — RTP) и Протокол управления Internet (ICP), который обеспечивает обработку исключительных состояний и специ­альной информации о затратах маршрутизации. Пакеты ICP, RTP и ARP формируются в заголовке VIP.

 

За полем типа протокола следуют адресные поля VIP. За полями номера сети назначения (destination network number) и номера подсети назначения (destination subnetwork number) идут поля номера сети источ­ника (source network number) и номера подсети источника (source subnet­work number).

Протокол корректировки маршрутизации (RTR)

RTR распределяет информацию о топологии сети. Пакеты кор­ректировки маршрутизации периодически пересылаются широкой рас­сылкой как клиентом, так и узлами обслуживания. Эти пакеты инфор­мируют соседей о существовании какого-нибудь узла, а также указывают, является ли этот узел клиентом или узлом обслуживания. В каждый пакет корректировки маршрутизации узла обслуживания также включается перечень всех известных сетей и коэффициенты затрат, свя­занные с достижением этих сетей.

Поддерживаются две маршрутные таблицы: таблица всех извест­ных сетей и таблица соседей. Для узлов обслуживания таблица всех изве­стных сетей содержит запись данных о каждой известной сети, за исклю­чением собственной сети узла обслуживания. Каждая запись содержит номер сети, показатель маршрутизации и указатель на запись данных следующей пересылки на пути к данной сети в таблице соседей. Таблица соседей содержит запись данных каждого узла обслуживания соседа и уз­ла клиента. Записи включают в себя номер сети, номер подсети, прото­кол доступа к носителю (например, Ethernent), который использовался для достижения этого узла, адрес локальной сети (если средой, соединя­ющей с соседом, является локальная сеть) и показатель соседа.

RTR определяет 4 типа пакетов:

Пакеты корректировки маршрутизации

Периодически выпускаются для уведомления соседей о существо­вании какого-нибудь объекта.

Пакеты запроса о маршрутизации

Объекты обмениваются ими, когда им необходимо быстро узнать о топологии сети.

Пакеты ответа на запрос о маршрутизации

Содержат топологическую информацию и используются узлами обслуживания для ответа на пакеты запроса о маршрутизации.

Пакеты переадресации маршрутизации

Обеспечивают отправку информации о лучших маршрутах в узлы, использующие неэффективные тракты.

Пакеты RTR имеют 4-байтовый заголовок, состоящий из одно­байтового поля типа операций (operation type), однобайтового поля типа узла (node type), однобайтового поля типа контроллера (controller type) и однобайтового поля типа машины (machine type). Поле типа операций указывает на тип пакета. Поле типа узла указывает, пришел пакет из узла обслуживания или из необслуживающего узла. Поле типа контроллера указывает, содержит ли контроллер узла, передающего пакет RTR, мно­гобуферный контроллер. Это поле используется для облегчения регули­рования информационного потока между сетевыми узлами. И наконец, поле типа машины указывает, является ли процессор отправителя RTR быстродействующим или нет. Как и поле типа контроллера, поле типа машины также используется для регулирования скорости передачи.

 

Протокол разрешения адреса (ARP)

Объекты протокола ARP классифицируются либо как клиенты разрешения адреса (address resolution clients), либо как услуги разреше­ния адреса (address resolution services). Клиенты разрешения адреса обыч­но реализуются в узлах клиентов, в то время как услуги разрешения адре­са обычно обеспечиваются узлами обслуживания.

Пакеты ARP имеют 8-байтовый заголовок, состоящий из 2-байто­вого типа пакета (packet type), 4-байтового номера сети (network number) и 2-байтового номера подсети (subnet number). Имеется 4 типа пакетов: запрос-заявка (query request), который является запросом какой-либо ус­луги ARP; ответ об услуге (service response), который является ответом на запрос-заявку, запрос о присваивании адреса (assignment request), кото­рый отправляется какой-нибудь услуге ARP для запроса адреса объеди­ненной сети VINES, и ответ о присваивании адреса (assignment response), который отправляется данной услугой ARP в качестве ответа на запрос о присваивании адреса. Поля номера сети и номера подсети имеют значе­ние только в пакете ответа о присваивании адреса.

Когда какой-нибудь клиент приступает к работе, клиенты и услу­ги ARP реализуют следующий алгоритм. Сначала данный клиент отправ­ляет широкой рассылкой пакеты запросов-заявок. Затем каждая услуга, которая является соседом данного клиента, отвечает пакетом ответа об услуге. Далее данный клиент выдает пакет запроса о присваивании адре­са в первую услугу, которая ответила на его пакет запроса-заявки. Услуга отвечает пакетом ответа о присваивании адреса, содержащем присвоен­ный адрес объединенной сети.

Протокол управления объединенной сетью (ICP)

ICP определяет пакеты уведомления об исключительных ситуаци­ях (exception notification) и уведомления о показателе (metric notification). Пакеты уведомления об исключительных ситуациях обеспечивают ин­формацию об исключительных ситуациях сетевого уровня; пакеты уве­домления о показателе содержат информацию о последней передаче, ко­торая была использована для достижения узла клиента.

Уведомления об исключительной ситуации отправляются в том случае, когда какой-нибудь пакет VIP не может быть соответствующим образом маршрутизирован, и устанавливается подполе ошибки в поле управления транспортировкой заголовка VIP. Эти пакеты также содер­жат поле, идентифицирующее конкретную исключительную ситуацию по коду ошибки, соответствующему этой ситуации.

Объекты ICP в узлах обслуживания генерируют сообщения уве­домления о показателе в том случае, когда устанавливается подполе по­казателя в поле управления транспортировкой заголовка VIP, и адрес пункта назначения в пакете узла обслуживания определяет одного из со­седей этого узла обслуживания.

 

Транспортный уровень

VINES обеспечивает три услуги транспортного уровня:

Unreliable datagram service

Услуги ненадежных дейтаграмм. Отправляет пакеты, которые маршрутизируются на основе принципа «наименьших затрат» (best-effort basis), но не подтверждаются сообщением о приеме в пункте назначения.

reliable datagram service

Услуги надежных дейтаграмм. Услуга виртуальной цепи, которая обеспечивает надежную упорядоченную доставку сообщений между уз­лами сети с подтверждением о приеме. Надежное сообщение может быть передано с максимальным числом пакетов, равным 4.

data stream service

Услуга потока данных. Поддерживает контролируемый поток дан­ных между двумя процессами. Услуга потока данных является услугой виртуальной цепи с подтверждением о приеме, которая обеспечивает пе­редачу сообщений неограниченных размеров.

Протоколы высших уровней

Являясь распределенной сетью, VINES использует модель вызова процедуры обращений к отдаленной сети (remote procedure call — RPC) для связи между клиентами и служебными устройствами. RCP является основой сред распределенных услуг. Протокол NetRPC (Уровни 5 и 6) обеспечивает язык программирования высшего уровня, который позво­ляет осуществлять доступ к отдаленным услугам способом, прозрачным как для пользователя, так и для прикладной программы.

На Уровне 7 VINES обеспечивает протоколы файловых услуг и ус­луг принтера, а также протокол услуг «StreetTalk пате/directory». StreetTalk, один из протоколов с торговым знаком компании VINES, обеспечивает службу постоянных имен в глобальном масштабе для всей объединенной сети.

VINES также обеспечивает среду разработки интегрированных применений при наличии нескольких операционных систем, включая DOS и UNIX. Такая среда разработки позволяет третьей участвующей стороне осуществлять разработку как клиентов, так и услуг, действую­щих в среде VINES.

 

Xerox Network Systems (XNS)

Протоколы Xerox Network Systems (XNS) разработаны корпораци­ей Xerox в конце 1970-начале 1980 гг. Они предназначены для использо­вания в разнообразных средах передачи, процессорах и прикладных за­дачах офиса. Несколько протоколов XNS похожи на Протокол Internet (IP) и Протокол управления передачей (TCP), разработанных агентством DARPA для Министерства обороны США (DoD). Все протоколы XNS соответствуют основным целям проектирования эталонной модели OSI.

Благодаря своей доступности и раннему появлению на рынке, XNS был принят большинством компаний, использовавших локальные сети с момента их появления, в том числе компаниями Novell, Inc., Ungermann-Bass, Inc. (которая теперь является частью Tandem Computers) и 3Com Corporation. За время, прошедшее с тех пор, каждая из этих компаний внесла различные изменения в протоколы XNS. Novell дополнила их Протоколом доступа к услугам (Service access protocol — SAP), чтобы обеспечить объявление о ресурсах, и модифицировала про­токолы Уровня 3 OSI (которые Novell переименовала в Internetwork Packet Exchange — IPX — Обмен межсетевыми пакетами) для работы в сетях IEEE 802.3, а не в сетях Ethernet. Ungermann-Bass модифицировала RIP для поддержания задержки, а также числа пересылок. Были также внесены другие незначительные изменения. С течением времени реали­зации XNS для объединенных в сети PC стали более популярными, чем XNS в том виде, в котором они были первоначально разработаны компа­нией Xerox.

 Основы технологии

Несмотря на то, что они имеют общие цели проектирования, кон­цепция XNS о иерархии протоколов несколько отличается от той кон­цепции, которую предлагает эталонная модель OSI.

Xerox обеспечивает 5-уровневую модель передачи пакетов. Уро­вень 0, который отвечает за доступ к каналу и манипуляцию потока би­тов, примерно соответствует Уровням 1 и 2 OSI. Уровень 1 примерно со­ответствует той части Уровня 3 OSI, которая относится к сетевому трафику. Уровень 2 примерно соответствует части Уровня 3, которая свя­зана с маршрутизацией в объединенной сети, и Уровню 4 OSI, который занимается связью внутри отдельных процессов. Уровни 3 и 4 примерно соответствуют двум верхним уровням модели OSI, которые заняты структурированием данных, взаимодействием между отдельными про­цессами и прикладными задачами. XNS не имеет протокола, соответст­вующего Уровню 5 OSI (сеансовый уровень).

 Доступ к среде

Несмотря на то, что в документации XNS упоминаются Х.25, Ethernet и HDLC, XNS не дает четкого определения того, что она назы­вает протоколом уровня 0. Также, как и многие другие комплекты прото­колов, XNS оставляет вопрос о протоколе доступа к носителю открытым, косвенным образом позволяя любому такому протоколу выполнять глав­ную роль в транспортировке пакетов XNS через физический носитель.

 Сетевой уровень

Протокол сетевого уровня XNS называется Протоколом дейта­грамм Internet (Internet Datagram Protocol — IDP). IDP выполняет стан­дартные функции Уровня 3, в число которых входят логическая адреса­ция и сквозная доставка дейтаграмм через объединенную сеть.

Первым полем в пакете IDP является 16-битовое поле контроль­ной суммы (checksum), которое помогает проверить целостность пакета после его прохождения через объединенную сеть.

За полем контрольной суммы следует 16-битовое поле длины (length), которое содержит информацию о полной длине (включая кон­трольную сумму) текущей дейтаграммы.

За полем длины идет 8-битовое поле управления транспортиров­кой (transport control) и 8-битовое поле типа пакета (packet type). Поле управления транспортировкой состоит из подполей числа пересылок (hop count) и максимального времени существования пакета (maximum packet lifetime — MPL). Значение подполя числа пересылок устанавлива­ется источником в исходное состояние 0 и инкрементируется на 1 при прохождении данной дейтаграммы через один роутер. Когда значение поля числа пересылок доходит до 16, дейтаграмма отвергается на основа­нии допущения, что имеет место петля маршрутизации. Подполе MPL содержит максимальное время (в секундах), в течение которого пакет может оставаться в объединенной сети.

За полем управления транспортировкой следует 8-битовое поле типа пакета (packet type). Это поле определяет формат поля данных.

Каждый из адресов сети источника и назначения имеют три поля: 32-битовый номер сети (network number), который уникальным образом обозначает сеть в объединенной сети, 48-битовый номер хоста (host number), который является уникальным для всех когда-либо выпущен­ных хостов, и 16-битовый номер гнезда (socket number), который уни­кальным образом идентифицирует гнездо (процесс) в пределах конкрет­ного хоста. Адреса IEEE 802 эквивалентны номерам хостов, поэтому хосты, подключенные более чем к одной сети IEEE 802, имеют тот же са­мый адрес в каждом сегменте. Это делает сетевые номера избыточными, но тем не менее полезными для маршрутизации. Некоторые номера гнезд являются хорошо известными (well-known); это означает, что услу­га, выполняемая программным обеспечением с использованием этих но­меров гнезд, является статически определенной. Все другие номера гнезд допускают многократное использование.

XNS поддерживает пакеты с однопунктовой (из одного пункта в другой пункт), многопунктовой и широковещательной адресацией. Многопунктовые и широковещательные адреса далее делятся на 2 типа: прямые (directed) и глобальные (global). Прямые многопунктовые адреса доставляют пакеты членам группы многопунктовой адресации данной сети, заданной в адресе сети назначения с многопунктовой адресацией. Прямые широковещательные адреса доставляют пакеты всем членам за­данной сети. Глобальные многопунктовые адреса доставляют пакеты всем членам данной группы в пределах всей объединенной сети, в то вре­мя как глобальные широковещательные адреса доставляют пакеты во все адреса объединенной сети. Один бит в номере хоста обозначает отдель­ный адрес в противовес многопунктовому адресу. Все единицы в поле хо­ста обозначают широковещательный адрес.

Для маршрутизации пакетов в объединенной сети XNS использу­ет схему динамической маршрутизации, называемую Протоколом ин­формации маршрутизации (RIP). В настоящее время RIP является наи­более широко используемым Протоколом внутренних роутеров (interior gateway protocol — IGP) в сообществе Internet-среде международной се­ти, обеспечивающей связность практически со всеми университетами и научно-исследовательскими институтами, а также многими коммерчес­кими организациями в США.

 

Транспортный уровень

Функции транспортного уровня OSI реализуются несколькими протоколами. Каждый из перечисленных ниже протоколов описан в спе­цификации XNS как протокол уровня два.

Протокол упорядоченной передачи пакетов (Sequenced Packet Protocol — SPP) обеспечивает надежную, с установлением соединения и управлением потока, передачу пакетов от лица процессов клиента. По выполняемым функциям он похож на протокол TCP из комплекта про­токолов Internet и на протокол ТР4 из комплекта протоколов OSI.

Каждый пакет SPP включает в себя номер последовательности (sequence number), который используется для упорядочивания пакетов и определения тех из них, которые были скопированы или потеряны. Па­кеты SPP также содержат два 16-битовых идентификатора соединения (connection identifier). Каждый конец соединения определяет один иден­тификатор соединения. Оба идентификатора соединения вместе уни­кальным образом идентифицируют логическое соединение между про­цессами клиента.

Длина пакетов SPP не может быть больше 576 байтов. Процессы клиента могут согласовывать использование различных размеров паке­тов во время организации соединения, однако SPP не определяет харак­тер такого согласования.

Протокол обмена пакетами (Packet Exchange Protocol — PEP) яв­ляется протоколом типа запрос-ответ, предназначенным обеспечивать надежность, которая больше надежности простых услуг дейтаграмм (на­пример, таких, которые обеспечивает ГОР), но меньше надежности SPP. По своим функциональным возможностям PEP аналогичен Протоколу дейтаграмм пользователя (UDP) из комплекта протоколов Internet. PEP базируется на принципе одного пакета, обеспечивая повторные переда­чи, но не обеспечивая выявление дублированных пакетов. Он полезен для прикладных задач, в которых транзакции запрос-ответ являются идемпотентными (повторяемыми без повреждения контекста), или в ко­торых надежная передача выполняется на другом уровне.

Протокол неисправностей (Error Protocol — ЕР) может быть ис­пользован любым процессом клиента для уведомления другого процесса клиента о том, что в сети имеет место ошибка. Например, этот протокол используется в ситуациях, когда какая-нибудь реализация SPP распозна­ла дублированный пакет.

 

Протоколы высших уровней

XNS предлагает несколько протоколов высших уровней. Прото­кол «Печатание» (Printing) обеспечивает услуги принтера. Протокол «Ве­дение картотеки» (Filing) обеспечивает услуги доступа к файлам. Прото­кол «Очистка» (Clearinghouse) обеспечивает услуги, связанные с присвоением имени. Каждый из этих протоколов работает в дополнение к протоколу «Курьер» (Courier), который обеспечивает соглашения для структурирования данных и взаимодействия процессов.

XNS также определяет протоколы уровня четыре. Это протоколы прикладного уровня, но поскольку они имеют мало общего с фактичес­кими функциями связи, в спецификации XNS нет каких-либо определе­ний по существу.

И наконец, протокол «Эхо» (Echo Protocol) используется для тес­тирования надежности узлов сети XNS. Он используется для поддержки таких функций, как функции, обеспечиваемые командой ping, которую можно встретить в Unix и других средах. Спецификация XNS описывает протокол «Эхо» как протокол уровня два.

 

жания таблицы маршрутизации — RTMP) является модернизированной версией RIP. RIP также явился базисом для протоколов Novell, 3Com, Ungermann-Bass и Banyan. RIP компаний Novell и 3Com в основном представляет собой стандартный RIP компании Xerox. Ungermann-Bass и Banyan внесли незначительные изменения в RIP для удовлетворения своих нужд.

Формат таблицы маршрутизации

Каждая запись данных в таблице маршрутизации RIP обеспечива­ет разнообразную информацию, включая конечный пункт назначения, следующую пересылку на пути к этому пункту назначения и показатель (metric). Показатель обозначает расстояние до пункта назначения, выра­женное числом пересылок до него. В таблице маршрутизации может на­ходиться также и другая информация, в том числе различные таймеры, связанные с данным маршрутом.

RIP поддерживает только самые лучшие маршруты к пункту на­значения. Если новая информация обеспечивает лучший маршрут, то эта информация заменяет старую маршрутную информацию. Изменения в топологии сети могут вызывать изменения в маршрутах, приводя к тому, например, что какой-нибудь новый маршрут становится лучшим марш­рутом до конкретного пункта назначения. Когда имеют место изменения в топологии сети, то эти изменения отражаются в сообщениях о коррек­тировке маршрутизации. Например, когда какой-нибудь роутер обнару­живает отказ одного из каналов или другого роутера, он повторно вычис­ляет свои маршруты и отправляет сообщения о корректировке маршрутизации. Каждый роутер, принимающий сообщение об обновле­нии маршрутизации, в котором содержится изменение, корректирует свои таблицы и распространяет это изменение.

Формат пакета (Реализация IP)

Первое поле в пакете RIP-это поле команд (command). Это поле содержит целое число, обозначающее либо запрос, либо ответ. Команда «запрос» запрашивает отвечающую систему об отправке всей таблицы маршрутизации или ее части. Пункты назначения, для которых запра­шивается ответ, перечисляются далее в данном пакете. Ответная коман­да представляет собой ответ на запрос или чаще всего какую-нибудь не­затребованную регулярную корректировку маршрутизации. Отвечающая система включает всю таблицу маршрутизации или ее часть в ответный пакет. Регулярные сообщения о корректировке маршрутизации включа­ют в себя всю таблицу маршрутизации.

Поле версии (version) определяет реализуемую версию RIP. Так как в объединенной сети возможны многие реализации RIP, это поле может быть использовано для сигнализирования о различных потенци­ально несовместимых реализациях.

За 16-битовым полем, состоящим из одних нулей, идет поле иден­тификатора семейства адресов (address family identifier). Это поле опреде­ляет конкретное используемое семейство адресов. В сети Internet (круп­ной международной сети, объединяющей научно-исследовательские институты, правительственные учреждения, университеты и частные предприятия) этим адресным семейством обычно является IP (значе-ние=2), но могут быть также представлены другие типы сетей.

Следом за еще одним 16-битовым полем, состоящим из одних ну­лей, идет 32-битовое поле адреса (address). В реализациях RIP Internet это поле обычно содержит какой-нибудь адрес IP.

За еще двумя 32-битовыми полями из нулей идет поле показателя RIP (metric). Этот показатель представляет собой число пересылок (hop count). Он указывает, сколько должно быть пересечено транзитных уча­стков (роутеров) объединенной сети, прежде чем можно добраться до пункта назначения.

В каждом отдельном пакете RIP IP допускается появление до 25 вхождений идентификатора семейства адреса, обеспечиваемых полями показателя. Другими словами, в каждом отдельном пакете RIP может быть перечислено до 25 пунктов назначения. Для передачи информации из более крупных маршрутных таблиц используется множество пакетов RIP.

Как и другие протоколы маршрутизации, RIP использует опреде­ленные таймеры для регулирования своей работы. Таймер корректиров­ки маршрутизации RIP (routing update timer) обычно устанавливается на 30 сек., что гарантирует отправку каждым роутером полной копии своей маршрутной таблицы всем своим соседям каждые 30 секунд. Таймер не­действующих маршрутов (route invalid timer) определяет, сколько должно пройти времени без получения сообщений о каком-нибудь конкретном маршруте, прежде чем он будет признан недействительным. Если какой-нибудь маршрут признан недействительным, то соседи уведомляются об этом факте. Такое уведомление должно иметь место до истечения време­ни таймера отключения маршрута (route flush timer). Когда заданное вре­мя таймера отключения маршрута истекает, этот маршрут удаляется из таблицы маршрутизации. Типичные исходные значения для этих тайме­ров- 90 секунд для таймера недействующего маршрута и 270 секунд для таймера отключения маршрута.

Характеристики стабильности

RIP определяет ряд характеристик, предназначенных для более стабильной работы в условиях быстро изменяющейся топологии сети. В их число входит ограничение числа пересылок, временные удерживания изменений (hold-downs), расщепленные горизонты (split-horizons) и кор­ректировки отмены (poison reverse updates).

 

Ограничение числа пересылок

RIP разрешает максимальное число пересылок, равное 15. Любо­му пункту назначения, который находится дальше, чем на расстоянии 15 пересылок, присваивается ярлык «недосягаемого». Максимальное число пересылок RIP в значительной мере ограничивает его применение в крупных объединенных сетях, однако способствует предотвращению по­явления проблемы, называемой счетом до бесконечности (count to infin­ity), приводящей к зацикливанию маршрутов в сети.

Временные удерживания изменений

Временные удерживания изменений используются для того, что­бы помешать регулярным сообщениям о корректировке незаконно вос­становить в правах маршрут, который оказался испорченным. Когда ка­кой-нибудь маршрут отказывает, соседние роутеры обнаруживают это. Затем они вычисляют новые маршруты и отправляют сообщения об об­новлении маршрутизации, чтобы информировать своих соседей об изме­нениях в маршруте. Эта деятельность приводит к появлению целой вол­ны коррекций маршрутизации, которые фильтруются через сеть.

Приведенные в действие корректировки не одновременно прибы­вают во все устройства сети. Поэтому возможно, что какое-нибудь уст­ройство, которое еще не получило информацию о каком-нибудь отказе в сети, может отправить регулярное сообщение о корректировке (в кото­ром маршрут, который только что отказал, все еще числится исправным) в другое устройство, которое только что получило уведомление об этом отказе в сети. В этом случае это другое устройство теперь будет иметь (и возможно, рекламировать) неправильную маршрутную информацию.

Команды о временном удерживании указывают роутерам, чтобы они на некоторое время придержали любые изменения, которые могут оказать влияние на только что удаленные маршруты. Этот период удер­живания обычно рассчитывается таким образом, чтобы он был больше периода времени, необходимого для внесения какого-либо изменения о маршрутизации во всю сеть. Удерживание изменений предотвращает по­явление проблемы счета до бесконечности.

Расщепленные горизонты

Расщепленные горизонты используют преимущество того факта, что никогда не бывает полезным отправлять информацию о каком-ни­будь маршруте обратно в том направлении, из которого пришла эта ин­формация.

Правило расщепленного горизонта помогает предотвратить мар­шрутные петли между двумя узлами.

 

Корректировки отмены маршрута

В то время как задачей расщепленных горизонтов является пре­дотвращение образования маршрутных петель между соседними роуте­рами, корректировки отмены предназначены для устранения более крупных маршрутных петель. В основе их действия лежит положение о том, что увеличение значения показателей маршрутизации обычно ука­зывает на наличие маршрутных петель. В этом случае отправляются кор­ректировки отмены для удаления данного маршрута и помещения его в состояние временного удерживания.

IGRP

Протокол маршрутизации внутренних роутеров (Interior Gateway Routing Protokol-IGRP) является протоколом маршрутизации, разрабо­танным в середине 1980 гг. компанией Cisco Systems, Inc.

Главной целью, которую преследовала Cisco при разработке IGRP, было обеспечение живучего протокола для маршрутизации в пре­делах автономной системы (AS), имеющей произвольно сложную топо­логию и включающую в себя носитель с разнообразными характеристи­ками ширины полосы и задержки. AS является набором сетей, которые находятся под единым управлением и совместно используют общую стратегию маршрутизации. Обычно AS присваивается уникальный 16-битовый номер, который назначается Центром Сетевой Информации (Network Information Center — NIC) Сети Министерства Обороны (Defence Data Network — DDN).

В середине 1980 гг. самым популярным протоколом маршрутиза­ции внутри AS был Протокол Информации Маршрутизации (RIP). Хотя RIP был вполне пригоден для маршрутизации в пределах относительно однородных объединенных сетей небольшого или среднего размера, его ограничения сдерживали рост сетей. В частности, небольшая допусти­мая величина числа пересылок (15) RIP ограничивала размер объединен­ной сети, а его единственный показатель (число пересылок) не обеспе­чивал достаточную гибкость в сложных средах. Популярность роутеров Cisco и живучесть IGRP побудили многие организации, которые имели крупные объединенные сети, заменить RIP на IGRP.

Первоначальная реализация IGRP компании Cisco работала в се­тях IP. Однако IGRP был предназначен для работы в любой сетевой сре­де, и вскоре Cisco распространила его для работы в сетях использующих Протокол Сет без Установления Соединения (Connectionless Network Protocol - CLNP) OSI.

 

Технология

IGRP является протоколом внутренних роутеров (IGP) с вектором расстояния. Протоколы маршрутизации с вектором расстояния требуют от каждого роутера отправления через определенные интервалы времени всем соседним роутерам всей или части своей маршрутной таблицы в со­общениях о корректировке маршрута. По мере того, как маршрутная ин­формация распространяется по сети, роутеры могут вычислять расстоя­ния до всех узлов объединенной сети.

Протоколы маршрутизации с вектором расстояния часто проти­вопоставляют протоколам маршрутизации с указанием состояния кана­ла, которые отправляют информацию о локальном соединении во все уз­лы объединенной сети.

IGRP использует комбинацию (вектор) показателей. Задержка объединенной сети (internetwork delay), ширина полосы (bandwidth), на­дежность (reliability) и нагрузка (load) — все эти показатели учитываются в виде коэффициентов при принятии маршрутного решения. Админист­раторы сети могут устанавливать факторы весомости для каждого из этих показателей. IGRP использует либо установленные администратором, либо устанавливаемые по умолчанию весомости для автоматического расчета оптимальных маршрутов.

IG RP предусматривает широкий диапазон значений для своих по­казателей. Например, надежность и нагрузка могут принимать любое значение в интервале от 1 до 255, ширина полосы может принимать зна­чения, отражающие скорости пропускания от 1200 до 10 гигабит в секун­ду, в то время как задержка может принимать любое значение от 1-2 до 24-го порядка. Широкие диапазоны значений показателей позволяют производить удовлетворительную регулировку показателя в объединен­ной сети с большим диапазоном изменения характеристик производи­тельности. Самым важным является то, что компоненты показателей объединяются по алгоритму, который определяет пользователь. В ре­зультате администраторы сети могут оказывать влияние на выбор марш­рута, полагаясь на свою интуицию.

Для обеспечения дополнительной гибкости IGRP разрешает мно­готрактовую маршрутизацию. Дублированные линии с одинаковой ши­риной полосы могут пропускать отдельный поток трафика циклическим способом с автоматическим переключением на вторую линию, если пер­вая линия выходит из строя. Несколько трактов могут также использо­ваться даже в том случае, если показатели этих трактов различны. На­пример, если один тракт в три раза лучше другого благодаря тому, что его показатели в три раза ниже, то лучший тракт будет использоваться в три раза чаще. Только маршруты с показателями, которые находятся в преде­лах определенного диапазона показателей наилучшего маршрута, ис­пользуются для многотрактовой маршрутизации.

 

Формат пакета

Первое поле пакета IGRP содержит номер версии (version num­ber). Этот номер версии указывает на используемую версию IGRP и сиг­нализирует о различных, потенциально несовместимых реализациях.

За полем версии идет поле операционного кода (opcode). Это поле обозначает тип пакета. Операционный код, равный 1, обозначает пакет корректировки; равный 2 — пакет запроса. Пакеты запроса используют­ся источником для запроса маршрутной таблицы из другого роутера. Эти пакеты состоят только из заголовка, содержащего версию, операцион­ный код и поля номера AS. Пакеты корректировки содержат заголовок, за которым сразу же идут записи данных маршрутной таблицы. На запи­си данных маршрутной таблицы не накладывается никаких ограниче­ний, за исключением того, что пакет не может превышать 1500 байтов, вместе с заголовком IP. Если этого недостаточно для того, чтобы охва­тить весь объем маршрутной таблицы, то используются несколько паке­тов.

За полем операционного кода идет поле выпуска (edition). Это по­ле содержит последовательный номер, который инкрементируется, ког­да маршрутная таблица каким-либо образом изменяется. Это значение номера выпуска используется для того, чтобы позволить роутерам избе­жать обработки корректировок, содержащих информацию, которую они уже видели.

За полем выпуска идет поле, содержащее номер AS (AS number). Это поле необходимо по той причине, что роутеры Cisco могут перекры­вать несколько AS. Несколько AS (или процессов IGRP) в одном роуте­ре хранят информацию маршрутизации AS отдельно.

Следующие три поля обозначают номер подсетей, номер главных сетей и номер внешних сетей в пакете корректировки. Эти поля присут­ствуют потому, что сообщения корректировки IGRP состоят из трех час­тей: внутренней для данной подсети, внутренней для текущей AS и внешней для текущей AS. Сюда включаются только подсети сети, свя­занной с тем адресом, в который отправляется данная корректировка. Главные сети (т.е. не подсети) помещаются во «внутреннюю для текущей AS» часть пакета, если только они не помечены четко как внешние. Сети помечаются как внешние, если информация о них поступает во внешней части сообщения из другого роутера.

Последним полем в заголовке IGRP является поле контрольной суммы (checksum). Это поле содержит какую-нибудь контрольную сумму для заголовка IGRP и любую информацию корректировки, содержащу­юся в данном пакете. Вычисление контрольной суммы позволяет прини­мающему роутеру проверять достоверность входящего пакета.

Сообщения о корректировке содержат последовательность из се­ми полей данных для каждой записи данных маршрутной таблицы. Пер­вое из этих полей содержит три значащих байта адреса (address) (в случае адреса IP). Следующие пять полей содержат значения показателей. Пер­вое из них обозначает задержку (delay), выраженную в десятках микросе­кунд. Диапазон перекрывает значения от 10 мксек. до 167 сек. За полем задержки следует поле ширины полосы (bandwidth). Ширина полосы вы­ражена в единицах I Кбит/сек и перекрывает диапазон от линии с шири­ной полосы 1200 бит/сек до 10 Гбит/сек. Затем идет поле MTU, которое обеспечивает размер MTU в байтах. За полем MTU идет поле надежнос­ти (reliability), указывающее процент успешно переданных и принятых пакетов. Далее идет поле нагрузки (load), которое обозначает занятую часть канала в процентном отношении. Последним полем в каждой за­писи данных маршрутизации является поле числа пересылок (hop count). И хотя использование числа пересылок не явно выражено при определе­нии показателя, тем не менее это поле содержится в пакете IGRP и ин­крементируется после обработки пакета, обеспечивая использование подсчета пересылок для предотвращения петель.

 

Характеристики стабильности

IGRP обладает рядом характеристик, предназначенных для повы­шения своей стабильности. В их число входят временное удерживание изменений, расщепленные горизонты и корректировки отмены.

Временные удерживания изменений

Временное удерживание изменений используется для того, чтобы помешать регулярным сообщениям о корректировке незаконно восста­новить в правах маршрут, который возможно был испорчен. Когда ка­кой-нибудь роутер выходит из строя, соседние роутеры обнаруживают это через отсутствие регулярного поступления запланированных сооб­щений. Далее эти роутеры вычисляют новые маршруты и отправляют со­общения о корректировке маршрутизации, чтобы информировать своих соседей о данном изменении маршрута. Результатом этой деятельности является запуск целой волны корректировок, которые фильтруются че­рез сеть.

Приведенные в действие корректировки поступают в каждое сете­вое устройство не одновременно. Поэтому возможно, что какое-нибудь устройство, которое еще не было оповещено о неисправности в сети, мо­жет отправить регулярное сообщение о корректировке (указывающее, что какой-нибудь маршрут, который только что отказал, все еще счита­ется исправным) в другое устройство, которое только что получило уве­домление о данной неисправности в сети. В этом случае последнее уст­ройство будет теперь содержать (и возможно, рекламировать) неправильную информацию о маршрутизации.

Команды о временном удерживании изменений предписывают роутерам удерживать в течение некоторого периода времени любые из­менения, которые могут повлиять на маршруты. Период удерживания изменений обычно рассчитывается так, чтобы он был больше периода времени, необходимого для корректировки всей сети в соответствии с каким-либо изменением маршрутизации.

Расщепленные горизонты

Понятие о расщепленных горизонтах проистекает из того факта, что никогда не бывает полезным отправлять информацию о каком-ни­будь маршруте обратно в том направлении, из которого она пришла.

Правило о расщепленных горизонтах помогает предотвращать за­цикливание маршрутов.

Корректировки отмены маршрута

В то время как расщепленные горизонты должны препятствовать зацикливанию маршрутов между соседними роутерами, корректировки отмены маршрута предназначены для борьбы с более крупными марш­рутными петлями. Увеличение значений показателей маршрутизации обычно указывает на появление маршрутных петель. В этом случае по­сылаются корректировки отмены, чтобы удалить этот маршрут и переве­сти его в состояние удерживания. В реализации IGRP компании Cisco корректировки отмены отправляются в том случае, если показатель мар­шрута увеличивается на коэффициент l. 1 или более.

Таймеры

IGRP обеспечивает ряд таймеров и переменных, содержащих вре­менные интервалы. Сюда входят таймер корректировки, таймер недейст­вующих маршрутов, период времени удерживания изменений и таймер отключения. Таймер корректировки определяет, как часто должны от­правляться сообщения о корректировке маршрутов. Для IGRP значение этой переменной, устанавливаемое по умолчанию, равно 90 сек. Таймер недействующих маршрутов определяет, сколько времени должен ожи­дать роутер при отсутствии сообщений о корректировке какого-нибудь конкретного маршрута, прежде чем объявить этот маршрут недействую­щим. Время по умолчанию IGRP для этой переменной в три раза превы­шает период корректировки. Переменная величина времени удержива­ния определяет промежуток времени удерживания. Время по умолчанию IGRP для этой переменной в три раза больше периода таймера корректи­ровки, плюс 10 сек. И наконец, таймер отключения указывает, сколько времени должно пройти прежде, чем какой-нибудь роутер должен быть исключен из маршрутной таблицы. Время по умолчанию IGRP для этой величины в семь раз превышает период корректировки маршрутизации.

OSPF

Открытый протокол, базирующийся на алгоритме поиска наи­кратчайшего пути (Open Shortest Path Fisrt — OSPF) является протоко­лом маршрутизации, разработанным для сетей IP рабочей группой Internet Engineering Task Force (IETF), занимающейся разработкой про­токолов для внутрисистемных роутеров (interior gateway protocol — IGP). Рабочая группа была образована в 1988 г. для разработки протокола IGP, базирующегося на алгоритме «поиска наикратчайшего пути» (shortest path first — SPF), с целью его использования в Internet, крупной между­народной сети, объединяющей научно-исследовательские институты, правительственные учреждения, университеты и частные предприятия. Как и протокол IGRP, OSPF был разработан по той причине, что к сере­дине 1980 гг. непригодность RIP для обслуживания крупных гетероген­ных объединенных систем стала все более очевидна.

OSPF явился результатом научных исследований по нескольким направлениям, включающим:

♦     Алгоритм SPF компании Bolt, Beranek и Newman (BBN), разработанный для Arpanet (программы с коммутацией пакетов, разработанной BBN в начале 1970 гг., которая явилась поворотным пунктом в истории разработки сетей) в 1978 г.

♦                Исследования Компании Radia Perlman по отказоустойчивости широкой рассылки маршрутной информации (1988).

♦                Исследования BBN по маршрутизации в отдельной области (1986).

♦                Одна из первых версий протокола маршрутизации IS-ISOSI

Как видно из его названия, OSPF имеет две основных характерис­тики. Первая из них-это то, что протокол является открытым, т.е. его спецификация является общественным достоянием. Спецификация OSPF опубликована в форме Запроса для Комментария (RFC) 1247. Вто­рой его главной характеристикой является то, что он базируется на алго­ритме SPF. Алгоритм SPF иногда называют алгоритмом Dijkstra по име­ни автора, который его разработал.

 

Основы технологии

OSPF является протоколом маршрутизации с объявлением состо­яния о канале (link-state). Это значит, что он требует отправки объявле­ний о состоянии канала (link-state advertisement — LSA) во все роутеры, которые находятся в пределах одной и той же иерархической области. В объявления LSA протокола OSPF включается информация о подключен­ных интерфейсах, об использованных показателях и о других перемен­ных. По мере накопления роутерами OSPF информации о состоянии ка­нала, они используют алгоритм SPF для расчета наикратчайшего пути к каждому узлу.

Являясь алгоритмом с объявлением состояния канала, OSPF от­личается от RIP и IGRP, которые являются протоколами маршрутиза­ции с вектором расстояния. Роутеры, использующие алгоритм вектора расстояния, отправляют всю или часть своей таблицы маршрутизации в сообщения о корректировке маршрутизации, но только своим соседям.

 

Иерархия маршрутизации

В отличие от RIP, OSPF может работать в пределах некоторой ие­рархической системы. Самым крупным объектом в этой иерархии явля­ется автономная система (Autonomous System — AS) AS является набо­ром сетей, которые находятся под единым управлением и совместно используют общую стратегию маршрутизации. OSPF является протоко­лом маршрутизации внутри AS, хотя он и способен принимать маршру­ты из других AS и отправлять маршруты в другие AS.

Любая AS может быть разделена на ряд областей (area). Область — это группа смежных сетей и подключенных к ним хостов. Роутеры, име­ющие несколько интерфейсов, могут участвовать в нескольких областях. Такие роутеры, которые называются роутерами границы областей (area border routers), поддерживают отдельные топологические базы данных для каждой области.

Топологическая база (topological database) данных фактически представляет собой общую картину сети по отношению к роутерам. То­пологическая база данных содержит набор LSA, полученных от всех роу­теров, находящихся в одной области. Так как роутеры одной области коллективно пользуются одной и той же информацией, они имеют иден­тичные топологические базы данных.

Термин «домен» (domain) используется для описания части сети, в которой все роутеры имеют идентичную топологическую базу данных. Термин «домен» часто используется вместо AS.

Топология области является невидимой для объектов, находящих­ся вне^этой области. Путем хранения топологий областей отдельно, OSPF добивается меньшего трафика маршрутизации, чем трафик для случая, когда AS не разделена на области.

Разделение на области приводит к образованию двух различных типов маршрутизации OSPF, которые зависят от того, находятся ли ис­точник и пункт назначения в одной и той же или разных областях. Мар­шрутизация внутри области имеет место в том случае, когда источник и пункт назначения находятся в одной области; маршрутизация между об­ластями — когда они находятся в разных областях.

Стержневая часть OSPF (backbone) отвечает за распределение маршрутной информации между областями. Она включает в себя все ро­утеры границы области, сети, которые не принадлежат полностью ка­кой-либо из областей, и подключенные к ним роутеры.

Сам стержень представляет собой одну из областей OSPF, поэто­му все стержневые роутеры используют те же процедуры и алгоритмы поддержания маршрутной информации в пределах стержневой области, которые используются любым другим роутером. Топология стержневой части невидима для всех внутренних роутеров точно также, как тополо­гии отдельных областей невидимы для стержневой части.

Область может быть определена таким образом, что стержневая часть не будет смежной с ней. В этом случае связность стержневой части должна быть восстановлена через виртуальные соединения. Виртуаль­ные соединения формируются между любыми роутерами стержневой об­ласти, которые совместно используют какую-либо связь с любой из не­стержневых областей; они функционируют так, как если бы они были непосредственными связями.

Граничные роутеры AS, использующие OSPF, узнают о внешних роутерах через протоколы внешних роутеров (EGPs), таких, как Exterior Gateway Protocol (EGP) или Border Gateway Protocol (BGP), или через информацию о конфигурации.

 

Алгоритм SPF

 

стро обнаруживаются отказавшие роутеры, и топология сети изменяется соответствующим образом. Из топологической базы данных, генерируе­мых LSA, каждый роутер рассчитывает дерево наикратчайшего пути, корнем которого является он сам. В свою очередь дерево наикратчайше­го пути выдает маршрутную таблицу.

Формат пакета

Все пакеты OSPF начинаются с 24-байтового заголовка.

Первое поле в заголовке OSPF — это номер версии OSPF (version number). Номер версии обозначает конкретную используемую реализа­цию OSPF.

За номером версии идет поле типа (type). Существует 5 типов па­кета OSPF:

Hello

Отправляется через регулярные интервалы времени для установ­ления и поддержания соседских взаимоотношений.

Database Description

Описание базы данных. Описывает содержимое базы данных; об­мен этими пакетами производится при инициализации смежности.

Link-State Request

Запрос о состоянии канала. Запрашивает части топологической базы данных соседа. Обмен этими пакетами производится после того, как какой-нибудь роутер обнаруживает, (путем проверки пакетов описа­ния базы данных), что часть его топологической базы данных устарела.

Link-State Update

Корректировка состояния канала. Отвечает на пакеты запроса о состоянии канала. Эти пакеты также используются для регулярного рас­пределения LSA. В одном пакете могут быть включены несколько LSA.

Link-State Acknowledgement

Подтверждение состояния канала. Подтверждает пакеты коррек­тировки состояния канала. Пакеты корректировки состояния канала должны быть четко подтверждены, что является гарантией надежности процесса лавинной адресации пакетов корректировки состояния канала через какую-нибудь область.

Каждое LSA в пакете корректировки состояния канала содержит тип поля. Существуют 4 типа LSA:

Router links advertisements (RLA)

Объявления о каналах роутера. Описывают собранные данные о состоянии каналов роутера, связывающих его с конкретной областью. Любой роутер отправляет RLA для каждой области, к которой он при­надлежит. RLA направляются лавинной адресацией через всю область, но они не отправляются за ее пределы.

Network links advertisements (NLA)

Объявления о сетевых каналах. Отправляются назначенными роу­терами. Они описывают все роутеры, которые подключены к сети с мно­жественным доступом, и отправляются лавинной адресацией через об­ласть, содержащую данную сеть с множественным доступом.

Summary links advertisements (SLA)

Суммарные объявления о каналах. Суммирует маршруты к пунк­там назначения, находящимся вне какой-либо области, но в пределах данной AS. Они генерируются роутерами границы области, и отправля­ются лавинной адресацией через данную область. В стержневую область посылаются объявления только о внутриобластных роутерах. В других областях рекламируются как внутриобластные, так и межобластные мар­шруты.

AS external links advertisements

Объявления о внешних каналах AS. Описывают какой-либо мар­шрут к одному из пунктов назначения, который является внешним для данного AS. Объявления о внешних каналах AS вырабатываются гранич­ными роутерами AS. Этот тип объявлений является единственным типом объявлений, которые продвигаются во всех направлениях данной AS; все другие объявления продвигаются только в пределах конкретных облас­тей.

За полем типа заголовка пакета OSPF идет поле длины пакета (packet length). Это поле обеспечивает длину пакета вместе с заголовком OSPF в байтах.

Поле идентификатора роутера (router ID) идентифицирует источ­ник пакета.

Поле идентификатора области (area ID) идентифицирует область, к которой принадлежит данный пакет. Все пакеты OSPF связаны с одной отдельной областью.

Стандартное поле контрольной суммы IP (checksum) проверяет содержимое всего пакета для выявления потенциальных повреждений, имевших место при транзите.

За полем контрольной суммы идет поле типа удостоверения (authentication type). Примером типа удостоверения является «простой пароль». Все обмены протокола OSPF проводятся с установлением до­стоверности. Тип удостоверения устанавливается по принципу «отдель­ный для каждой области».

За полем типа удостоверения идет поле удостоверения (authentica­tion). Это поле длиной 64 бита и содержит информацию удостоверения.

Дополнительные характеристики OSPF

В числе дополнительных характеристик OSRF — равные затраты, многотрактовая маршрутизация (multipath routing) и маршрутизация, ба­зирующаяся на запросах типа услуг высшего уровня (type of service — TOS). Базирующаяся на TOS маршрутизация поддерживает те протоко­лы высшего уровня, которые могут назначать конкретные типы услуг. Например, какая-нибудь прикладная программа может включить требо­вание о том, что определенная информация является срочной. Если OSPF имеет в своем распоряжении каналы с высоким приоритетом, то они могут быть использованы для транспортировки срочных дейта­грамм.

OSPF обеспечивает один или более показателей. Если использует­ся только один показатель, то он считается произвольным, и TOS не обеспечивается. Если используется более одного показателя, то TOS обеспечивается факультативно путем использования отдельного показа­теля (и следовательно, отдельной маршрутной таблицы) для каждой из 8 комбинаций, образованной тремя битами IP TOS: битом задержки (delay), производительности (throughput) и надежности (reliability). На­пример, если биты IP TOS задают небольшую задержку, низкую произ­водительность и высокую надежность, то OSPF вычисляет маршруты во все пункты назначения, базируясь на этом обозначении TOS.

Маски подсети IP включаются в каждый объявленный пункт на­значения, что позволяет использовать маски подсети переменной длины (variable-length subnet masks). С помощью масок подсети переменной длины сеть IP может быть разбита на несколько подсетей разной величи­ны. Это обеспечивает администраторам сетей дополнительную гибкость при выборе конфигурации сети.

EGP

Протокол внешних роутеров (Exterior Gateway Protocol-EGP) яв­ляется протоколом междоменной досягаемости, который применяется в Internet — международной сети, объединяющей университеты, прави­тельственные учреждения, научно-исследовательские организации и ча­стные коммерческие концерны. EGP документально оформлен в Запро­сах для Комментария (RFC) 904, опубликованных в апреле 1984 г.

Являясь первым протоколом внешних роутеров, который получил широкое признание в Internet, EGP сыграл важную роль. К сожалению, недостатки EGP стали более очевидными после того, как Internet стала более крупной и совершенной сетью. Из-за этих недостатков EGP в на­стоящее время не отвечает всем требованиям Internet и заменяется дру­гими протоколами внешних роутеров, такими, как Протокол граничных роутеров (Border Gateway Protocol — BGP) и Протокол междоменной маршрутизации (Inter-Domain Routing Protocol — IDRP).

. Основы технологии

EGP первоначально предназначался для передачи информации о досягаемости в стержневые роутеры ARPANET и получения ее от них. Информация передавалась из отдельных узлов источника, находящихся в различных административных доменах, называемых автономными си­стемами (AS), вверх в стержневые роутеры, которые передавали эту ин­формацию через стержневую область до тех пор, пока ее можно было пе­редать вниз к сети пункта назначения, находящейся в пределах другой AS.

Несмотря на то, что EGP является динамическим протоколом маршрутизации, он использует очень простую схему. Он не использует показатели, и следовательно, не может принимать по настоящему интел­лектуальных решений о маршрутизации. Корректировки маршрути­зации EGP содержат информацию о досягаемости сетей. Другими сло­вами, они указывают, что в определенные сети попадают через определенные роутеры.

EGP имеет три основных функции. Во-первых, роутеры, работаю­щие с EGP, организуют для себя определенный набор соседей. Соседи — это просто другие роутеры, с которыми какой-нибудь роутер хочет кол­лективно пользоваться информацией о досягаемости сетей; какие-либо указания о географическом соседстве не включаются. Во-вторых, роуте­ры EGP опрашивают своих соседей для того, чтобы убедиться в их рабо­тоспособности. В-третьих, роутеры EGP отправляют сообщения о кор­ректировках, содержащих информацию о досягаемости сетей в пределах своих AS.

Формат пакета

Первым полем в заголовке пакета EGP является поле номера вер­сии EGP (EGP version number). Это поле обозначает текущую версию

EGP и проверяется приемными устройствами для определения соответ­ствия между номерами версий отправителя и получателя.

Следующим полем является поле типа (type), которое обозначает тип сообщения.

За полем типа следует поле кода (code). Это поле определяет раз­личие между подтипами сообщений.

Следующее поле — поле состояния (status), которое содержит ин­формацию о состоянии, зависящую от сообщения. В число кодов состо­яния входят коды недостатка ресурсов (insufficient resources), неисправ­ных параметров (parameter problem), нарушений протокола (protocol violation), и другие.

За полем состояния идет поле контрольной суммы (checksum). Контрольная сумма используется для обнаружения возможных проблем, которые могли появиться в пакете в результате транспортировки.

За полем контрольной суммы идет поле номера автономной сис­темы (autonomous system number). Оно обозначает AS, к которой принад­лежит роутер-отправитель.

Последним полем заголовка пакета EGP является поле номера по­следовательности (sequence number). Это поле позволяет двум роутерам EGP, которые обмениваются сообщениями, согласовывать запросы с от­ветами. Когда определен какой-нибудь новый сосед, номер последова­тельности устанавливается в исходное нулевое значение и инкременти-руется на единицу с каждой новой транзакцией запрос-ответ.

За заголовком EGP идут дополнительные поля. Содержимое этих полей различается в зависимости От типа сообщения (определяемого по­лем типа).

 

Типы сообщений

За заголовком EGP идут дополнительные поля. Содержимое этих полей различается в зависимости от типа сообщения (определяемого по­лем типа).

Приобретение соседа

Сообщение «приобретение соседа» включает в себя интервал при­ветствия (hello interval) и интервал опроса (poll interval). Поле интервала приветствия определяет период интервала проверки работоспособности соседей. Поле интервала опроса определяет частоту корректировки мар­шрутизации.

Досягаемость соседа

Сообщения о досягаемости соседа не имеют отдельных полей в числе полей, идущих за заголовком EGP. Эти сообщения используют по­ле кода для указания различия между приветственным сообщением и от­ветом на приветственное сообщение. Выделение функции оценки дося­гаемости из функции корректировки маршрутизации уменьшает сетевой трафик, так как изменения о досягаемости сетей обычно появляются ча­ще, чем изменения параметров маршрутизации. Любой узел EGP заявля­ет об отказе одного из своих соседей только после того, как от него не был получен определенный процент сообщений о досягаемости.

Опрос

Чтобы обеспечить правильную маршрутизацию между AS, EGP должен знать об относительном местоположении отдаленных хостов. Сообщение опроса позволяет роутерам EGP получать информацию о до­сягаемости сетей, в которых находятся эти машины. Такие сообщения имеют только одно поле помимо обычного заголовка — поле сети источ­ника IP (source network). Это поле определяет сеть, которая должна ис­пользоваться в качестве контрольной точки для запроса.

Корректировка маршрутизации

Сообщения о корректировке маршрутизации дают роутерам EGP возможность указывать местоположение различных сетей в пределах своих AS. В дополнение к обычному заголовку эти сообщения включают несколько дополнительных полей. Поле числа внутренних роутеров (number of interior gateways) указывает на число внутренних роутеров, по­являющихся в сообщении. Поле числа внешних роутеров (number of exte­rior gateways) указывает на число внешних роутеров, появляющихся в со­общении. Поле сети источника IP (IP source network) обеспечивает адрес IP той сети, от которой измерена досягаемость. За этим полем идет по­следовательность блоков роутеров (gateway blocks). Каждый блок роуте­ров обеспечивает адрес IP какого-нибудь роутера и перечень сетей, а так­же расстояний, связанных с достижением этих сетей.

В пределах одного блока роутера EGP перечисляет сети по рассто­яниям. Например, на расстоянии три может быть четыре сети. Эти сети перечислены по адресам. Следующей группой сетей могут быть сети, на­ходящиеся на расстоянии 4, и т.д.

EGP не расшифровывает показатели расстояния, содержащиеся в сообщениях о корректировке маршрутов. EGP фактически использует поле расстояния для указания существования какого-либо маршрута; значение расстояния может быть использовано только для сравнения трактов, если эти тракты полностью находятся в пределах одного кон­кретного AS. По этой причине EGP является скорее протоколом досяга­емости, чем протоколом маршрутизации. Это ограничение приводит также к ограничениям в структуре Internet. Характерно, что любая часть EGP сети Internet должна представлять собой структуру дерева, у которо­го стержневой роутер является корнем, и в пределах которого отсутству­ют петли между другими AS. Это ограничение является основным огра­ничением EGP; оно стало причиной его постепенного вытеснения другими, более совершенными протоколами внешних роутеров.

Сообщения о неисправностях

Сообщения о неисправностях указывают на различные сбойные ситуации. В дополнение к общему заголовку EGP сообщения о неис­правностях обеспечивают поле причины (reason), за которым следует за­головок сообщения о неисправности (message header). В число типичных неисправностей (причин) EGP входят неисправный формат заголовка EGP (bad EGP header format), неисправный формат поля данных EGP (bad EGP data field format), чрезмерная скорость опроса (excessive polling rate) и невозможность достижения информации (unavailability of reacha­bility information). Заголовок сообщения о неисправности состоит из первых трех 32-битовых слов заголовка EGP.

BGP

Протоколы внешних роутеров предназначены для маршрутиза­ции между доменами маршрутизации. В терминологии Internet (между­народной сети, объединяющей университеты, правительственные уч­реждения, научно-исследовательские организации и частные коммерческие концерны) доменом маршрутизации называется автоном­ная система (AS). Первым протоколом внешних роутеров, получившим широкое признание в Internet, был протокол EGP. Хотя технология EGP пригодна для сетей, он имеет ряд недостатков, в том числе тот факт, что это скорее протокол досягаемости, а не маршрутизации.

Протокол Граничных роутеров (Border Gateway Protocol — BGP) является попыткой решить самую серьезную проблему EGP. BGP явля­ется протоколом маршрутизации между AS, созданным для применения в Internet. В отличие от EGP, BGP предназначен для обнаружения марш­рутных петель. BGP можно назвать следующим поколением EG Р. И дей­ствительно, BGP и другие протоколы маршрутизации между AS посте­пенно вытесняют EGP из Internet. Версия 3 BGP определена в Запросах для Комментария (RFC) 1163.

Основы технологии

Хотя BGP разработан как протокол маршрутизации между AS, он может использоваться для маршрутизации как в пределах, так и между AS. Два соседа BGP, сообщающихся из различных AS, должны находить­ся в одной и той же физической сети. Роутеры BGP, находящиеся в пре­делах одной и той же AS, сообщаются друг с другом, чтобы обеспечить согласующееся представление о данной AS и определить, какой из роуте­ров BGP данной AS будет служить в качестве точки соединения при пе­редаче сообщений в определенные внешние AS и при их приеме.

Некоторые AS являются просто каналами для прохождения через них сетевого трафика. Другими словами, некоторые AS переносят тра­фик, источник которого не находится в их пределах и который не пред­назначен для них. BGP должен взаимодействовать с любыми протокола­ми маршрутизации внутри AS, которые существуют в пределах этих проходных AS.

Сообщения о корректировках BGP состоят из пар «сетевой но­мер/тракт AS». Тракт AS содержит последовательность из AS, через кото­рые может быть достигнута указанная сеть. Эти сообщения о корректи­ровке отправляются с помощью механизма транспортировки TCP для обеспечения надежной доставки.

Обмен исходной информацией между двумя роутерами является содержанием всей маршрутной таблицы BGP. С изменением маршрут­ной таблицы отправляются инкрементные корректировки. В отличие от некоторых других протоколов маршрутизации BGP не требует периоди­ческого обновления всей маршрутной таблицы. Вместо этого роутеры BGP хранят новейшую версию маршрутной таблицы каждого равно­правного члена. Хотя BGP поддерживает маршрутную таблицу всех воз­можных трактов к какой-нибудь конкретной сети, в своих сообщениях о корректировке он объявляет только об основных (оптимальных) марш­рутах.

Показатель BGP представляет собой произвольное число единиц, характеризующее степень предпочтения какого-нибудь конкретного маршрута. Эти показатели обычно устанавливаются администратором сети с помощью конфигурационных файлов. Степень предпочтения мо­жет базироваться на любом числе критериев, включая число AS (тракты с меньшим числом AS как правило лучше), тип канала (стабильность, быстродействие и надежность канала) и другие факторы.

 

♦           Message header error

Ошибка в заголовке сообщения. Указывает на проблему в заголов­ке сообщения, такую, как неприемлемая длина сообщения, неприемле­мое значение поля маркера или неприемлемый тип сообщения.

♦           Open message error

Ошибка в открывающем сообщении. Указывает на наличие про­блемы в открывающем сообщении, такой, как необеспечиваемый номер версии, неприемлемый номер AS или адрес IP и необеспечиваемый код удостоверения.

♦           Update message error

Ошибка в сообщении о корректировке. Указывает на наличие проблемы в сообщении о корректировке. Примерами таких проблем мо­гут быть неправильно сформированный перечень атрибутов, ошибка в перечне атрибутов и недействительный атрибут следующей пересылки.

♦           Hold time expired

Время удерживания истекло. Указывает на истечение периода времени удерживания, после чего узел BGP будет объявлен недействую­щим.

Маршрутизация OSI

При содействии Международной Организации по Стандартиза­ции (ISO) уже разработаны или разрабатываются в настоящее время не­сколько протоколов маршрутизации. ISO ссылается на Протокол Обме­на Внутридоменной Маршрутизации Промежуточных Систем (Intermediate System to Intermediate System Intra-Domain Routing Exchange Protocol (IS-IS)) как на ISO 10589. Двигательной силой стан­дартизации ISO документа IS-IS был комитет X.3S3.3 Американского Национального Института Стандартов (ANSI), занимающийся сетевым и транспортным уровнями. В числе других протоколов ISO, связанных с маршрутизацией, протоколы ISO 9542 (End System to Intermediate System, или ES-IS — Конечная система-Промежуточная Система) и ISO 10747 (IS-IS Inter-Domain Routing Protocol, или IDRP — Протокол меж­доменной маршрутизации промежуточных систем). Об этих протоколах будет вкратце упомянуто, однако основное внимание уделено внутридо­менной версии IS-IS.

IS-IS базируется на работе, которая была впервые выполнена Digital Equipment Corporation при разработке Phase V DECnet. Хотя IS-IS предназначался для маршрутизации в сетях протокола CLNP ISO, со временем была разработана одна из его версий для поддержки как сетей CLNP, так и сетей IP. На эту версию IS-IS обычно ссылаются как на Integrated IS-IS (интегрированный); ее также называют Dual IS-IS (двой­ственный).

 

Терминология

Объединенные сети OSI используют уникальную терминологию. Термин «конечная система» (end system — ES) относится к любому узлу сети, который не занимается маршрутизацией; термин «промежуточная система» (intermediate system-IS) относится к роутеру. На этих терминах базируются протоколы OSI ES-IS (который позволяет ES и IS находить друг друга) и IS-IS (который обеспечивает маршрутизацию между IS). Ниже дается определение некоторых других важных терминов объеди­ненных сетей OSI:

Area

Область. Группа смежных сетей и подключенных к ним хостов, которые определяются как область администратором сети или другим аналогичным лицом.

Domain

Домен. Набор соединенных областей. Домены маршрутизации обеспечивают полную связность со всеми конечными системами, нахо­дящимися в их пределах.

Level 1 routing

Маршрутизация в пределах области Уровня 1.

Level 2 routing

Маршрутизация между областями Уровня 1.

С чисто технологической точки зрения IS-IS почти аналогичен протоколу маршрутизации OSPF. Оба протокола являются протоколами с указанием состояния канала. Оба они обеспечивают различные харак­теристики, которые не обеспечивает RIP, в том числе иерархии маршру­тизации (routing hierachies), дробление путей (path splitting), обеспечение типа услуги (type-of-service — TOS), удостоверение (authentication), под­держка нескольких протоколов сетевого уровня и поддержка (совместно с протоколом Integrated IS-IS) масок подсети переменной длины.

ES-IS

ES-IS в большей мере является протоколом обнаружения, чем протоколом маршрутизации. Через ES-IS системы ES и IS узнают друг о друге. Этот процесс известен как конфигурация (configuration). Так как конфигурация должна иметь место прежде, чем может начаться маршру­тизация между ES, протокол ES-IS рассматривается в первую очередь.

ES-IS различает три разных типа подсетей:

Point-to-point subnetworks

Двухточечные подсети. Обеспечивают непосредственное соедине­ние между двумя системами. Большинство последовательных каналов глобальной сети являются двухточечными сетями.

Broadcast subnetworks

Широковещательные подсети. Направляют отдельное физичес­кое сообщение во все узлы данной подсети. Примерами широковеща­тельных подсетей являются Ethernet и IEEE 802.3.

General-topology subnetworks

Подсети с общей топологией. Поддерживают произвольное число систем. Однако в отличие от широковещательных подсетей, величина за­трат на передачу по какому-нибудь маршруту п непосредственно связана с размерами данной подсети в подсети с общей топологией. Примером подсети с общей топологией является Х.25.

Информация конфигурации передается через определенные ин­тервалы времени с помощью сообщений двух типов. Приветственные сообщения ES (Es hello messages — ESHs) генерируются ES и отправля­ются в каждую IS данной подсети. Приветственные сообщения IS (IS hello messages — ISH) генерируются IS и отправляются всем ES данной подсети. Эти приветственные сообщения в основном предназначены для переноса адресов подсетей и адресов сетевого уровня тех систем, кото­рые генерируют их.

При возможности ES-IS пытается отправить информацию конфи­гурации одновременно в несколько систем. В широковещательных под­сетях приветственные сообщения ES-IS отправляются во все IS с помощью специальной многопунктовой адресации. IS отправляют при­ветственные сообщения по специальному адресу многопунктовой адре­сации, определенного для всех конечных систем. При работе в подсети с общей топологией ES-IS обычно не передает информацию конфигура­ции из-за больших затрат на передачи многопунктовой адресации.

ES-IS переносит как адреса сетевого уровня, так и адреса подсе­тей. Адреса сетевого уровня OSI идентифицируют либо точку доступа к услугам сети (NSAP), которая представляет собой интерфейс между Уровнями 3 и 4, либо титул объекта сети (NET), который является объек­том сетевого уровня в OSI IS. Адреса подсетей OSI (иногда называемые адресами точки подключения подсети — subnetwork point of attachment — SNPA) являются точками, в которых ES или IS физически подключена к какой-нибудь подсети. Адрес SNPA уникальным образом идентифици­рует каждую систему, подключенную к данной подсети. В сети Ethernet, например, SNPA является 48-битовым адресом управления доступом к носителю (MAC). Часть информации конфигурации, которую передает ES-IS, представляет собой отображение соответствия между NSAP и SNPA или между NET и SNPA.

IS-IS

IS-IS является протоколом маршрутизации с указанием состоя­ния канала. В этом роли он передает по сети лавинной адресацией ин­формацию о состоянии канала для построения полной, последователь­ной картины топологии сети.

Иерархия маршрутизации

Для упрощения схемы и работы роутера IS-IS различает IS уров­ней 1 и 2. IS уровня 1 могут сообщаться с другими IS уровня 1, находящи­мися в той же области. IS уровня 2 могут сообщаться с IS других облас­тей. Т.е. IS уровня 1 формируют области уровня 1; IS уровня 2 осуществляют маршрутизацию между областями уровня 1.

IS уровня 2 формируют стержень внутридоменной маршрутиза­ции. Другими словами, IS уровня 2 могут попасть в другие IS уровня 2 пу­тем пересечения только IS уровня 2. Наличие такого стержня упрощает схему, так как в этом случае IS уровня 1 нужно уметь только попадать в ближайший IS уровня 2. Протокол стержневой маршрутизации может также вносить изменения, не оказывая влияния на протокол внутриоб­ластной маршрутизации.

Сообщение между ES

Маршрутизация OSI выполняется следующим образом. Каждая ES принадлежит конкретной области. ES обнаруживают ближайшую IS путем прослушивания пакетов ISH. Если какая-нибудь ES захочет от­править пакет в другую ES, она направляет пакет в одну из IS сети, к ко­торой она непосредственно подключена. Роутер просматривает адрес пункта назначения и продвигает пакет по наилучшему маршруту. Если ES пункта назначения находится в той же подсети, то местная IS узнает об этом в результате прослушивания ESH и соответствующим образом продвинет пакет. В этом случае IS может также обеспечить отправку со­общения о переадресации (redirect — RD) в источник пакета, чтобы со­общить о доступности более прямого пути. Если адресом пункта назна­чения является какая-нибудь ES другой подсети той же области, то IS узнает о точном маршруте и соответствующим образом продвинет пакет. Если адресом пункта назначения является какая-нибудь ES другой обла­сти, то IS уровня 1 отправляет этот пакет в в ближайшую IS уровня 2. Продвижение пакета через IS уровня 2 продолжается до тех пор, пока он не достигнет IS уровня 2 в области пункта назначения. В пределах обла­сти пункта назначения IS продвигают пакет по наилучшему маршруту, пока не будет достигнута ES пункта назначения.

Каждая IS генерирует корректировку, определяющую ES и IS, с которыми она соединена, а также связанные с ней показатели. Эта кор­ректировка отправляется во все соседние IS, которые продвигают ее сво­им соседям, и т.д. (лавинная адресация). Номера последовательностей прекращают лавинную адресацию и отличают старые корректировки от новых. Так как каждая IS получает корректировки о состоянии канала от всех других IS, то каждая IS может построить полную базу данных всей топологии сети. При изменении топологии отправляются новые коррек­тировки.

 

Показатели (метрики)

IS-IS использует один обязательный, устанавливаемый по умол­чанию показатель с максимальным значением пути 1024. Этот показа­тель является произвольным и обычно назначается администратором се­ти.

Любой отдельный канал может иметь максимальное значение 64. Длина путей вычисляется путем суммирования значений каналов. Мак­симальные значения каналов установлены на этих уровнях для обеспече­ния степени детализации, чтобы поддерживать различные типы каналов, одновременно обеспечивая достаточную эффективность алгоритма по­иска наикратчайшего пути, используемого для расчета маршрута.

IS-IS также определяет три дополнительных показателя (затраты) в качестве опций для тех администраторов, которые испытывают в них необходимость. Затраты задержки (delay) отражают величину задержки в канале. Затраты на издержки (expense) отражают коммуникационные за­траты, связанные с использованием данного канала. Затраты на ошибки (error) отражают коэффициент ошибок данного канала.

IS-IS обеспечивает соответствие этих четырех показателей опции качества обслуживания (quality-of-service — QOS) в заголовке пакета

CLNP. Пользуясь этим соответствием, IS-IS может вычислять маршруты через объединенную сеть.

 

Формат пакета

IS-IS использует три базовых формата пакета:

♦                IS-IS hello packets — приветственные пакеты IS-IS

♦                Link state packets (LSPs) — пакеты состояния канала

♦                Sequence numbers packets (SNPs) — пакеты номеров последовательностей

Каждый из этих трех пакетов IS-IS имеет сложный формат с тремя различными логическими частями. Первой частью является 8-байтовый фиксированный заголовок, общий для всех трех типов пакетов. Второй частью является специфичная для данного типа пакета часть с фиксиро­ванным форматом. Третья логическая часть также является специфич­ной для типа пакета, но имеет переменную длину.

Каждый из трех типов пакета имеет общий заголовок.

Первым полем в общем заголовке IS-IS является идентификатор протокола (protocol identifier), который идентифицирует протокол IS-IS. Это поле содержит константу (131).

Следующим полем общего заголовка является поле длины заго­ловка (header length). Это поле содержит фиксированную длину заголов­ка. Эта длина всегда равняется 8 байтам, но она включена таким образом, чтобы пакеты IS-IS незначительно отличались от пакетов CLNP.

За полем длины следует поле версии (version), которое равняется единице в текущей спецификации IS-IS.

За полем версии идет поле длины ID, которое определяет размеры части ID (идентификатора) NSAP, если его значение лежит в пределах от 1 до 8 (включительно). Если поле содержит нуль, то часть ID равняется 6 байтам. Если поле содержит 255 (одни единицы), то часть ID равна 0 бай­тов.

Следующим полем является поле типа пакета (packet type), кото­рое определяет тип пакета IS-IS (hello, LSP или SNP).

За полем типа пакета повторно следует поле версии.

За вторым полем версии идет поле резерва (reserved), которое рав­но нулю и которое игнорируется получателем.

Последним полем общего заголовка является поле максимума ад­ресов области. Это поле определяет число адресов, разрешенных для этой области.

За общим заголовком идет дополнительная фиксированная часть, разная для каждого типа пакета, за которой следует переменная часть.

Интегрированный IS-IS

Интегрированный IS-IS является одной из версий IS-IS, которая использует один алгоритм маршрутизации для поддержки нескольких протоколов сетевого уровня, а не только одного протокола CLNP. Инте­грированный IS-IS иногда называют Двойственным IS-IS (Dual IS-IS), по имени одной из версий, предназначенных для сетей IP и CLNP.

Пакеты IS-IS дополнены несколькими полями, что позволяет IS­IS поддерживать дополнительные сетевые уровни. Эти поля сообщают роутерам следующую информацию:

♦                Досягаемость сетевых адресов из других комплектов протоколов

♦                Какие протоколы поддерживаются и какими роутерами

♦                Другую информацию, необходимую для какого-нибудь конкретного комплекта протоколов

Интегрированный IS-IS представляет один из двух способов под­держки в роутере нескольких протоколов сетевого уровня; другим спосо­бом является применение метода «корабли ночью» (ships in the night). Этот метод пропагандирует использование совершенно отдельного и отличного от других протокола маршрутизации для каждого сетевого протокола сети так, чтобы несколько протоколов маршрутизации факти­чески существовали независимо друг от друга (с разными типами марш­рутной информации, проходящей подобно кораблям ночью). Возмож­ность направлять по определенным маршрутам несколько протоколов сетевого уровня с помощью таблиц, рассчитанных одним протоколом маршрутизации, экономит ресурсы роутеров.

Протокол междоменной маршрутизации (IDRP)

IDRP является протоколом OSI, предназначенным для перемеще­ния информации между доменами маршрутизации. Он предназначен для бесшовной работы с CLNP, ES-IS и IS-IS. IDRP базируется на Про­токоле граничных роутеров (BGP), который является протоколом меж­доменной маршрутизации, впервые появившемся в сообществе IP.

IDRP вводит несколько новых терминов, в том числе следующие:

Border intermediate system (BIS)

Граничная промежуточная система. Это IS, участвующая в междо­менной маршрутизации. Для этого она использует IDRP.

Routing domain (RD)

Домен маршрутизации. Это группа ES и IS, работающих согласно общим административным правилам, включающим коллективное поль­зование общим маршрутным планом.

Routing domain identifier (RDI)

Идентификатор домена маршрутизации. Уникальный идентифи­катор домена маршрутизации (RD).

Routing Information base (RIB)

Информационная база маршрутизации. Это база данных маршру­тизации, используемая IDRP. Каждая BIS строит свою RIB из информа­ции, полученной от систем данного RD и из других BIS. Любая RIB со­держит набор маршрутов, выбранных для использования какой-нибудь конкретной BIS.

Confederation

Конфедерация. Это группа доменов маршрутизации (RD). RD, не принадлежащие к данной конфедерации, воспринимают ее как один RD. Топология конфедерации невидима для RD, не принадлежащих к ней. Конфедерации помогают сократить сетевой трафик, выступая в объединенной сети в качестве непреодолимой преграды; они могут быть вложены одна в другую.

Маршрут IDRP представляет собой последовательность RDI. Не­которые из этих RDI могут быть конфедерациями. При конфигурации каждой BIS она знает о RD и конфедерациях, к которым она принадле­жит, а также узнает о других BIS, RD и конфедерациях из информации, которой она обменивается с каждым соседом.

Как и для маршрутизации с вектором расстояния, маршруты в ка­кой-нибудь конкретный пункт назначения накапливаются вне данного пункта назначения.

Только маршруты, которые удовлетворяют требованиям местной политики какой-нибудь BIS и были выбраны для использования, будут переданы в другие BIS.

Пересчет маршрутов носит частичный характер и имеет место при наличии одного их следующих трех событий: получена инкрементная корректировка маршрутизации с новыми маршрутами, отказывает ка­кая-нибудь соседняя BIS или появляется новая соседняя BIS.

В число характеристик IDRP входят следующие:

♦                Поддержка CLNP QOS

♦                Устранение петель путем отслеживания всех RD, пересекаемых роутером

♦                Сокращение объема маршрутной информации и ее обработки путем использования конфедераций, компрессии информации путей RD и других средств

♦                Обеспечение надежности путем использования встроенных надежных средств транспортировки

♦                Обеспечение защиты данных путем использования криптографической сигнатуры для каждого пакета

♦                Наличие узлов обслуживания маршрута

♦                Регенерирующие пакеты RIB