Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети

Введение.

На сегодняшний день в мире существует более 130 миллионов компьютеров, и более 80 % из них объединены в различные информационно-вычислительные сети, от малых локальных сетей в офисах, до глобальных сетей типа Internet.

Всемирная тенденция к объединению компьютеров в сети обусловлена рядом важных причин, таких как ускорение передачи информационных сообщений, возможность быстрого обмена информацией между пользователями, получение и передача сообщений (факсов, Е - Маil писем и прочего) не отходя от рабочего места, возможность мгновенного получения любой информации из любой точки земного шара, а так же обмен информацией между компьютерами разных фирм производителей работающих под разным программным обеспечением.

Такие огромные потенциальные возможности, которые несет в себе вычислительная сеть и тот новый потенциальный подъем, который при этом испытывает информационный комплекс, а так же значительное ускорение производственного процесса не дают нам право не принимать это к разработке и не применять их на практике.

Поэтому необходимо разработать принципиальное решение вопроса по организации ИВС (информационно-вычислительной сети) на базе уже существующего компьютерного парка и программного комплекса, отвечающего современным научно-техническим требованиям, с учетом возрастающих потребностей и возможностью дальнейшего постепенного развития сети в связи с появлением новых технических и программных решений.

 

Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест

(рабочих станций) к единому каналу передачи данных.

Благодаря вычислительным сетям мы получили возможность одновременного использования программ и баз данных несколькими пользователями.

 

Понятие локальная вычислительная сеть - ЛВС (англ. LAN - Local Агеа Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых не-сколько компыотерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций,

 

Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными к этой ЛВС.

 

В производственной практике ЛВС играют очень большую роль.

Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Рассмотрим преимущества, получаемые при сетевом объединении персональных компьютеров в виде внутрипроизводственной вычислительной сети.

 

Разделение ресурсов

Разделение ресурсов позволяет экономно использовать ресурсы,

например, управлять периферийными устройствами, такими как лазерные печатающие устройства, со всех присоединенных рабочих станций.

 

Разделение данных.

Разделение данных предоставляет возможность доступа и управления базами данных с периферийных рабочих мест, нуждающихся в информации.

 

Разделение программных средств

Разделение программных средств предоставляет возможность одновременного использования централизованных, ранее установленных программных средств.

 

Разделение ресурсов процессора.

При разделении ресурсов процессора возможно использование вычислительных мощностей для обработки данных другими системами, входящими в сеть, Предоставляемая возможность заключается в том, что на имеющиеся ресурсы не "набрасываются" моментально, а только лишь через специальный процессор, доступный каждой рабочей станции.

 

Многопользовательский режим

Многопользовательские свойства системы содействуют одновременному использованию централизованных прикладных программных средств, ранее установленных и управляемых, например, если пользователь системы работает с другим заданием, то текущая выполняемая работа отодвигается на задний план.

 

 

Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте OSI - Open System Interconnection.

 

ГЛАВА 1.

Анализ существующей ЛВС.

             

Структура существующей локально- вычислительной сети ИРЦ ОАО “Ростелеком ММТ, представленная на рисунке 1.1, базируется, в основном, на концентраторах разделяемого Ethernet 10 Base-T и на коммутаторе BayStack 301 на 22 порта 10 Base-T и 2 порта Fast Ethernet 100 Base-TX.

 

Необходимость построения ЛВС ИРЦ заключалась в упрощении процесса получения и обработки информации, а именно данных о междугородних и международных телефонных переговорах по предприятиям и квартирному сектору.

Вся информация по переговорам, накапливаемая на телефонных узлах, поступает в информационно-расчетный центр, где и происходит ее обработка. А именно:

 

· выставление счетов за междугородние и международные телефонные переговоры по предприятиям;

 

· выставление счетов за междугородние и международные телефонные переговоры по квартирному сектору;

 

· проверка задолженности абонентов;

 

· предоставление услуги “ Экспресс счет ”;

 

· ведение и оформление претензий.

 

Поступившая информация хранится на серверах, находящихся в Машинном зале ИРЦ.

 

Сервер 1 Tricord на базе процессора 486 (оперативная память

16 Mb, объем жесткого диска 40 Gb, ОС- Novell 3.2)

Информация, хранимая на сервере:

 

- справочная информация по выставлению счетов за Международные ТР и Междугородние ТР по предприятиям

- массивы счетов за один год

 

 

Сервер 2 Tricord на базе процессора 486 (оперативная память

16 Mb, объем жесткого диска 2 Gb, ОС- Novell 4.0)

Информация, хранимая на сервере:

 

- печать счетов квартирного сектора

- ввод оплаты

 

С приходом новых технологий обмена данными, процесс обработки информации значительно ускорился и занимает намного меньше времени, нежели до этого.

Следовательно, происходит увеличение обработанной информации, отсюда повышается и производительность.

 

Структура локально- вычислительной сети ИРЦ построена на технологии Ethernet 10 Base-T.

Что в свое время обеспечивало хорошую производительность, но со временем произошло увеличение числа абонентов, пользующихся услугами междугородней международной связи, вследствие чего возникли проблемы с сетевой архитектурой:

 

· пользователям не хватает пропускной способности сети;

· малая скорость ответа серверов на запросы;

· необходим переход на более скоростное чем 10 Мбит/с выделенное соединение, без замены всего оборудования;

· обеспечение высокой надежности сети;

· удобное управление сетью;

· увеличение объема получаемой информации.

 

Для решения этих проблем возникла необходимость усовершенствования локально- вычислительной сети ИРЦ, что и рассматривается в данном дипломном проекте.

 

 

Структура кадра 802.1 Q

 

Спецификация 802.1 Q определяет 12 возможных форматов инкапсуляции долнительного поля в кадры МАС-уровня. Эти форматы определяются в зависимости от трех типов кадров (Ethernet II, LLC в нормальном формате, LLC в формате Token Ring), двух типов сетей (802.3/Ethernet или Token Ring/FDDI) и двух типов меток VLAN (неявных или явных). Имеются также определенные правила трансляции исходных кадров Ethernet или Token Ring в помеченные кадры и обратной трансляции помеченных кадров в исходные.

Поле идентификатора протокола меток (Tag Protocol Identifier, TPI) заменило поле EtherType кадра Ethernet, которое заняло место после двухбайтного поля метки VLAN.

 

В поле метки VLAN имеется три подполя.

 

Подполе Priority предназначено для хранения трех бит приоритета кадра, что позволяет определить до 8 уровней приоритетов. Однобитный признак TR- Encapsulation показывает, содержат ли данные, переносимые кадром, инкапсулированный кадр формата IEEE (признак равен 1) 802.5 или же они соответствуют типу внешнего кадра (признак равен 0).

 

С помощью этого признака можно туннелировать трафик сетей Token Ring на коммутируемых магистралях Ethernet.

12-битный идентификатор VLAN (VID) уникально идентифицирует VLAN, к которой относится данный кадр.

Максимальный размер кадра Ethernet увеличивается при применении спецификации IEEE 802.1 Q не 4 байта- с 1518 байт до 1522 байт.

 

Рис.2.1.3 Структура кадра Ethernet с полем IEEE 802.1 Q

 

 

2.1.4 Обеспечение качества обслуживания в сетях на основе коммутаторов.

Коммутаторы второго и третьего уровней могут очень быстро продвигать пакеты, но это не единственное свойство сетевого оборудования, которое требуется для создания современной сети.

Сетью нужно управлять, и одним из аспектов управления является обеспечение нужного качества обслуживания (QoS).

 

Поддержка QoS дает администратору возможность предвидеть и контролировать поведение сети за счет приоритезации приложений, подсетей и конечных станций, или предоставлении им гарантированной пропускной способности.

 

Существует два основных способа поддержания качества обслуживания. Это предварительное резервирование ресурсов и предпочтительное обслуживание агрегированных классов трафика. Последний способ нашел на втором уровне основное применение. В коммутаторах второго уровня достаточно давно работает большое количество фирменных схем приоритетного обслуживания, разбивающих весь трафик на 2-3-4 класса и обслуживающих эти классы дифференцированным способом.

 

Сегодня рабочей группой IEEE 802.1 разработаны стандарты 802.1 p/Q (названные позже 802.1D-1998), наводящие порядок в схемах приоритезации трафика и способе переноса данных о классах трафика в кадрах локальных сетей. Идеи приоритезации трафика, заложенные в стандарты 802.1 p/Q, в основном соответствуют рассмотренной в главе схеме дифференцированных сервисов IP. Схема QoS на основе стандартов 802.1 p/Q предусматривает

возможность задания класса обслуживания (приоритета) как конечным узлом за счет помешения в стандартный кадр 802 идентификатора виртуальной сети VID, содержащего три бита уровня приоритета, так и классификации трафика коммутаторами на основе некоторого набора признаков. Качество обслуживания может также дифференцироваться между различными виртуальными локальными сетями. В этом случае поле приоритета играет роль дифференциатора второго уровня внутри различных потоков каждой виртуальной сети.

 

 

 

 

 

           Нормальный трафик, доставляемый с “max. усилиями”

              Чувствительный к задержкам трафик

 

 

Рис.2.1.4 Классы обслуживания внутри виртуальных сетей.

 

 

Точная интерпретация потребностей каждого класса трафика, помеченного значением приоритета и, возможно, номером виртуальной сети, оставляется, как и в случае дифференцированных сервисовIP, на усмотрение администратора сети. В общем случае предполагается наличие в коммутаторе правил политики, в соответствии с которыми выполняется обслуживание каждого класса трафика, то есть наличия профиля трафика.

 

Производители коммутаторов обычно встраивают в свои устройства более широкие способы классификация трафика, чем те, которые предусмотрены в стандарте 802.1 p/Q. Классы трафика могут отличаться МАС-адресами, физическими портами, метками 802.1 p/Q, а в коммутаторах третьего и четвертого уровней - IP-адресами и хорошо известными номерами портов TCP/UDP.

 

Как только пакет поступает в коммутатор, значения его полей сравниваются с признаками, содержащимися в правилах, которые назначены для групп трафика, а затем помещаются в соответствующую очередь. Правила, связанные с каждой очередью, могут гарантировать пакетам определенное количество пропускной способности и приоритет, влияющий на величину задержки пакетов. Классификация трафика коммутатором и встраивание информации о требуемом качестве обслуживания в пакеты позволяет администраторам устанавливать политику QoS во всей корпоративной сети. Существуют следующие способы классификации трафика:

 

 

· На основе портов. При назначении приоритетов индивидуальным входным портам для распространения информации о требуемом качестве обслуживания по всей коммутируемой сети используются метки приоритетов стандарта 802.1 p/Q.

· На основе меток VLAN. Это достаточно простой и весьма обобщенный способ поддержания QoS. Назначая профиль QoS виртуальным локальным сетям, можно достаточно просто управлять потоками при их объединении в магистральной линии.

· На основании номеров сетей. Виртуальные сети, основанные на протоколах, могут использовать привязку профилей QoS к определенным подсетям IP, IPX и Apple Talk. Это позволяет легко отделить определенную группу пользователей и обеспечить их нужным качеством обслуживания.

 

· По приложениям (порты ТСР/UDP). Позволяет выделить классы приложений, которым затем предоставляется дифференцированное обслуживание независимо от адресов конечных узлов и пользователей.

 

Необходимым условием поддержки качества обслуживания на основе номеров сетей является возможность просмотра пакетов на третьем уровне, а дифференциация по приложениям требует просмотра пакетов на четвертом уровне.

 

 

Рис.2.1.5 Обслуживание различных классов трафика.

 

 

После разделения трафика на классы коммутаторы могут обеспечивать каждому классу гарантированный минимум и максимум пропускной способности, а также приоритет, определяющий обработку очереди при наличии свободной пропускной способности коммутатора. На рисунке показан пример обслуживания четырех классов трафика. Каждому из них отведен определенный минимум пропускной способности, а высокоприоритетному трафику также и максимум, чтобы этот класс трафика не мог полностью подавить менее приоритетные.

 

2.1.5 Агрегирование каналов (Транкинг).

В отличие от механизмов резервирования каналов связи и портов устройств, подобных алгоритму Spanning Tree, поддерживающих в активном состоянии только один канал из нескольких возможных, механизмы агрегирования каналов используют несколько активных параллельных каналов одновременно. Это позволяет повысить как пропускную способность, так и надежность каналов связи.

 

Пока еще нет стандартного протокола агрегирования каналов, хотя фирменные версии образования общего логического канала из нескольких физических связей существуют давно. Каждый производитель коммутаторов тем или иным способом реализует технику агрегирования физических каналов в один логический канал. Чаще всего это делается для магистральных портов коммутатора (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet).

 

Простейшая схема агрегирования каналов применяется к нескольким физическим связям “ точка- точка ”, на которых работает один и тот же протокол и которое объединяют два сетевых устройства. Агрегированный канал называют так же транком (trunk)

 

Trunk- устройство или канал, соединяющее две точки, каждая из которых является коммутационным центром или точкой распределения. Обычно транк работает с несколькими каналами одновременно.

 

Сегодня техника агрегирования используется чаще всего для каналов Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. Это необходимо для повышения производительности магистральных связей до величин в 2-3, а иногда и 8 Гбит/с.

 

Транк рассматривается протоколами верхних уровней, в том числе и протоколом Spanning Tree, как один канал. В агрегированном канале трафик распределяется по физическим каналам для баланса их нагрузки. При обрыве одного из физических каналов трафик, который по нему передавался, быстро перенаправляется в один из работоспособных каналов.

 

Агрегированные соединения используются не только для объединения коммутаторов, но и для повышения скорости сетевой работы серверов.

 

Несколько сетевых адаптеров в этом случае имеют общий сетевой адрес (IP или IPX), в отличие от стандартной схемы работы мультиадаптерного компьютера. Для такой организации связей необходимо специальное программное обеспечение для драйверов сетевых адаптеров, которое обычно поставляется производителем коммутатора. Баланс нагрузки и переход на другую физическую связь происходит при агрегировании связей от сетевых адаптеров эффективней и быстрее, чем при назначении каждому сетевому адаптеру отдельного сетевого адреса.

 

В проекте стандарта IEEE 802.3ad агрегированный канал рассматривается как объединение физических полнодуплексных связей “ точка-точка ” одной скорости протокола семейства Ethernet.

 

Для повышения надежности агрегированного канала стараются использовать связи, идущие к разным модулям или устройствам, чтобы при выходе из строя одного модуля или устройства часть физических связей транка сохранила свою работоспособность

 

Максимальное количество физических каналов, объединяемых в транк, меняется от производителя к производителю.

Обычно оно колеблется от 2 до 8.

 

Данный дипломный проект учитывает такие требования конкурсного задания, как повышение пропускной способности, сокращение времени реакции сети, IP- оптимизация, консолидация серверов, отказоустойчивость связей, поддержка VLAN, управляемость сети.

 

Решение основано на использовании:

 

· Магистрали Fast Ethernet;

· Коммутации 3 уровня с чрезвычайно низкими задержками;

· Коммутации 3 уровня в сочетании с QoS;

 

· Коммутации 3 уровня с поддержкой транкинга;

· Управления с помощью Optivity и применением политики;

· Поддержки VLAN на основе стандарта 802.1 Q, а также приоритетов избыточности и безопасности.

 

В сегодняшних сетях трафик интрасетей и трафик типа "узел-узел" влияют на критически важные для предприятия приложения, Предоставление большей пропускной способности является только частичным решением. Не менее важным вопросом становится поддержка приоритетности трафика, безопасность и отказоустойчивость. Другими словами, создание "интеллектуальной" сети.

 

Проект предусматривает:

 

· размещение коммутаторов BayStack 350 в каждом кроссовом шкафу;

· подключение каждого настольного компьютера к коммутируемому порту Ethernet 10/100;

· использование на магистрали протокола Fast Ethernet;

· соединение каждого этажа с магистралью каналом 400 Мбит/с (4 полнодуплексных соединения 100Base-TX);

· размещение на каждом этаже коммутатора 2 уровня;

· использование на магистрали коммутаторов 3 уровня;

· применение транкинга 802.1 Q и 802.1 р на каждом восходящем соединении этажа.

 

Отказоустойчивость обеспечивается специальной конструкцией стековых устройств, избыточными источниками питания и коммутационными центрами, транкингом связей на распределенных соединениях Fast Ethernet, маршрутизацией на магистрали и протоколом перехода на избыточный маршрутизатор Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP). Безопасность и приоритезация используют поддерживающие политику устройства и глубокую фильтрацию пакетов.

 

В здании, в кроссовых шкафах установлены стеки BayStack 350, связанные транковыми соединениями.

 

Альтернативное подключение восходящих связей дает дополнительную отказоустойчивость.

 

На восходящих соединениях этажей, идущих от коммутаторов BayStack 350, применяются методы транкинга, маркировки VLAN по стандарту 802.1 Q, приоритезация 802.1 р.

 

BayStack 350- это высокопроизводительный коммутатор, который сочетает корпоративную функциональность с доступностью устройства для рабочей группы. Это устройство позволяет начать с минимальной конфигурации и расширять ее в больших пределаx. Стек может включать до 8 устройств BayStack 350, поддерживая до 224 портов. Стек управляется как одно устройство.

Управление коммутатором осуществляется с помощью системы Optivity. Виртуальные локальные сети VLAN строятся на основе портов или протокола. Коммутатор поддерживает IP-Multicast.

 

Отказоустойчивая стековая конструкция позволяет коммутатору BayStack 350 обеспечивать надежность коммутаторов на основе шасси. Стековая отказоустойчивость исключает любой уязвимый элемент, ведущий к отказу всего стека. Стек поддерживает замену модулей на ходу. Избыточные многоканальные транки (Redundant MiltiLink Trunking) позволяют каждому порту транковой группы соединяться с различными устройствами BayStack 350 в кроссовом шкафу. Протокол VRRP позволяет иметь в сети резервный маршрутизатор и очень быстро осуществлять переход с основного маршрутизатора на резервный.

 

MiltiLink Trunking позволяет объеденить 2-4 порта в один логический высокоскоростной канал.

В данном проекте одна связь Fast Ethernet может быть легко дополнена связями по 100 Мбит/с, что даст до 400 Мбит/с полнодуплексной пропускной способности. Техника MiltiLink Trunking используется на всех магистральных связях, что обеспечивает сегодняшние потребности в пропускной способности рассматриваемой сети, а так же потребности в развитии сети в будущем.

 

 

Табл. 2.2.1 Сравнение коммутаторов BayStack

 

	BayStack 301	BayStack 350
Назначение	Настольный	Коммутатор сегментов
Наличие портов 10/100 с автомат. выбором ск.	1 + 1 в модуле расширения	16/12
Суммарная пропускная способность	420 000 пакетов/сек	1.2 Гбит/сек 1 600 000 пакетов/сек
Поддержка VLAN	нет	есть
Количество MAC-адресов	1023	8192
Фильтрация кадров	нет	по адресу получателя

   

 

                    

NETGEAR 10 Base-T Ethernet Hubs

 

 

 

Серия концентраторов NetGear EN10xTP 10BASE-T обеспечивает простое в использовании, основанное на общепринятых стандартах сетевое решение для небольших офисов, домашнего использования и рабочих групп. Сочетание низких цен с компактным исполнением и высокой надежностью делает эти концентраторы идеальным решением для многих сетей.

 

Основные возможности:

 

- 4, 6 или 8 портов 10BASE-T

- Порт расширения (uplink)

- Пожизненная гарантия

- Компактный и прочный металлический корпус

- Разъемы vista со встроенными светодиодными индикаторами

 

4, 6 или 8 портов 10BASE-T

Обеспечивают эффективный обмен информацией, разделение ресурсов и т.п. в одноранговых сетях и сетях с архитектурой клиент-сервер. Для соединения компьютеров используется кабель из скрученных пар (UTP).

Порт расширения

Позволяет каскадировать концентраторы с использованием обычного или специально перекрученного кабеля. Для смены режима работы порта служит специальная кнопка на правой части передней панели концентратора.

 

 

Пожизненная гарантия

Вышедший из строя концентратор будет бесплатно заменен или отремонтирован при условии его эксплуатации в соответствии со спецификациями производителя.

Порт расширения

Позволяет каскадировать концентраторы с использованием обычного или специально перекрученного кабеля. Для смены режима работы порта служит специальная кнопка на правой части передней панели концентратора.

 

Табл.2.2.2 Спецификации концентраторов NetGear

 

Спецификации

  EN104^TP EN106^TP EN108^TP Число портов 4 6 8 Размеры Ширина Высота Глубина 94 мм (3.7") 28 мм (1.1") 101 мм (4.0") 94 мм (3.7") 28 мм (1.1") 101 мм (4.0") 158 мм (6.2") 28 мм (1.1") 101 мм (4.0") Масса 340 г 340 г 530 г Источник питания Трансформатор, 220/5 В, 0.8 А, 47-63 Гц Трансформатор, 220/5 В, 0.8 А, 47-63 Гц Трансформатор, 220/12 В, 1.2 А, 47-63 Гц Потребляемая мощность 4.2 Вт 4.2 Вт 8.7 Вт Соответствие стандартам

IEEE 802.3i 10BASE-T, 10BASE-2, 10BASE-5 10 Mbps Ethernet, поддержка Windows 95, Macintosh, Novell Netware, LANtastic

Индикаторы

Питание, коллизии - для устройства
соединение, прием - для каждого порта

Окружающая среда

Температура - 0-40°C, влажность - до 90%, без конденсации

Электромагнитное излучение

CE mark, commercial
FCC Part 15 Class A
EN 55 022 (CISPR 22), Class A
VCCI Class 1

Электромагнитная совместимость

CE mark, commercial

Соответствие нормам безопасности для источника питания

CE mark, commercial, список UL (UL 1950),
сертификат CSA (CSA 22.2 #950), T-mark,
лицензия TUV (EN 60 950)

Гарантия

Ограниченная пожизненная для концентратора
3 года для источника питания

 

Табл. 2.2.3 Сравнение концентраторов Ethernet 10 Bast-T различных фирм.

                 

	NetGear EN108	3Com 8TPC	LinkSYS
Число портов 10BASE-T	8	8	8
Порт AUI	+	-	-
Порт BNC	+	+	+
Индикаторы на разъемах	+	+	+
Металлический корпус	+	-	-
Гарантия	пожизненная	пожизненная	5 лет
Бесплатная круглосуточная техническая поддержка	+	-	-
Цена (US$)	80$	150$	75$

 

Табл. 2.2.4 Основные преимущества концентраторов NETGEAR

Наилучшее соотношение цена/качество	NETGEAR предлагает самые дешевые концентраторы среди оборудования известных и малоизвестных фирм. Более того, концентраторы NETGEAR за меньшие деньги обеспечивают большие возможности
Простота установки и использования	Поддержка технологии Plug-and-play и эффективная светодиодная индикация позволяют легко смонтировать сеть и контролировать ее работу.
Высокое качество	Высокое качество концентраторов подтверждается пожизненной гарантией на все устройства. Дополнительной гарантией качества является репутация компании Bay Networks.
Широкий выбор моделей	NETGEAR предлагает широкий спектр концентраторов Ethernet с числом портов от 4 до 16, как с портами AUI/BNC, так и без них для установки на столе/стене или монтажа в специальном шкафу. Выпускаются концентраторы с внешними и внутренними источниками питания. Из столь широкого спектра моделей вы сможете выбрать концентратор, наиболее подходящий для ваших задач с учетом цены и возможностей.

 

Стек ТСР/ I Р

 

Стек ТСР/IР, называемый также стеком DoD и стеком Internet, является одним из наиболее популярных и перспективных стеков коммуникационных протоколов. Если в настоящее время он распространен в основном в сетях с ОС UNIX, то реализация его в последних версиях сетевых операционных систем для персональных компьютеров (Windows NT, NetWare) является хорошей предпосылкой для быстрого роста числа установок стека ТСР/IР.

 

Стек был разработан по инициативе Министерства обороны США (Department of Defence, DoD) более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сателлитными сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Сеть АRРА поддерживала разработчиков и исследователей в военных областях. В сети АRРА связь между двумя компьютерами осуществлялась с использованием протокола IP (Internet Protocol), который и по сей день является одним из основных в стеке ТСР/IР и фигурирует в названии стека.

 

 

Большой вклад в развитие стека ТСР/IP внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Широкое распространение ОС UNIX привело и к широкому распространению протокола IР и других протоколов стека. На этом же стеке работает всемирная информационная сеть Internet, чье подразделение Internet Engineering Task Force (IETF) вносит основной вклад в совершенствование стандартов стека, публикуемых в форме спецификаций RFC.

 

Так как стек ТСР/IР был разработан до появления модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, то, хотя он также имеет многоуровневую структуру, соответствие уровней стека ТСР/IР уровням модели OSI достаточно условно.

 

Структура протоколов ТСР/IР приведена на рисунке 2.2.6

Протоколы ТСР/IР делятся на 4 уровня.

 

Рис. 2.2.6 Структура протоколов ТСР/IР

 

7	WWW Gopher WAIS	SNMP	FTP	Telnet	SMTP	TFTP	I
6

 

5

TCP

 

 

UDP

II

4

 

3

IP

ISMP

RIP

OSPF

III

 

2	Не регламентируется Ethernet, Token Ring, FDDI, X.25, SPIP	IV
1

Уровни OSI                                                                   Уровни TCP/IP

 

 

Самый нижний (уровень IV) - уровень межсетевых интерфейсов - соответствует физическому и канальному уровням модели OSI. Этот уровень в протоколах ТСР/IР не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровня: для локальных каналов это Ethernet,Token Ring, FDDI, для глобальных каналов - собственные протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP/PPP, которые устанавливают соединения типа "точка - точка" через последовательные каналы глобальных сетей, и протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии АТМ в качестве транспорта канального уровня.

 

Следующий уровень (уровень III) - это уровень межсетевого взаимодействия, который занимается передачей дейтаграмм с использованием различных, локальных сетей, территориальных сетей Х.25, линий специальной связи и т.п. В качестве основного протокола сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке используется протокол I Р, который изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IР хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Протокол IР является дейтаграммным протоколом.

 

К уровню межсетевого взаимодействия относятся и все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации, такие как протоколы сбора маршрутной информации RIP (Routing Internet Protocol) и OSPF (Open Shortest Path First), а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP (Internet Control Message Protocol). Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизатором и шлюзом, системой-источником и системой-приемником, то есть для организации обратной связи. С помощью специальных пакетов ICMP сообщается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п.

 

Следующий уровень (уровень II) называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей ТСР (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол ТСР обеспечивает устойчивое виртуальное соединение между удаленными прикладными процессами. Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным методом, то есть без установления виртуального соединения, и поэтому требует меньших накладных расходов, чем ТСР.

 

Верхний уровень (уровень I) называется прикладным. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек ТСР/IР накопил большое количество протоколов и сервисов прикладного уровня. К ним относятся такие широко используемые протоколы, как протокол копирования файлов FТР, протокол эмуляции терминала Telnet, почтовый протокол SМТР, используемый в электронной почте сети Internet и ее российской ветви РЕЛКОМ, гипертекстовые сервисы доступа к удаленной информации, такие как WWW и многие другие.

 

Протокол SNMP (Simple Network Management Protocol) используется для организации сетевого управления. Проблема управления разделяется здесь на две задачи. Первая задача связана с передачей информации. Протоколы передачи управляющей информации определяют процедуру взаимодействия сервера с программой-клиентом, работающей на хосте администратора. Они определяют форматы сообщений, которыми обмениваются клиенты и серверы, а также форматы имен и адресов. Вторая задача связана с контролируемыми данными. Стандарты регламентируют, какие данные должны сохраняться и накапливаться в шлюзах, имена этих данных и синтаксис этих имен. В стандарте SNMP определена спецификация информационной базы данных управления сетью. Эта спецификация, известная как база данных MIB (Management Information Base), определяет те элементы данных, которые хост или шлюз должен сохранять, и допустимые операции над ними.

 

Протокол пересылки файлов F ТР (File Transfer Protocol) реализует удаленный доступ к файлу. Для того, чтобы обеспечить надежную передачу, FТР использует в качестве транспорта протокол с установлением соединений – ТСР. Кроме пересылки файлов протокол, FТР предлагает и другие услуги. Так пользователю предоставляется возможность интерактивной работы с удаленной машиной, например, он может распечатать содержимое ее каталогов, FТР позволяет пользователю указывать тип и формат запоминаемых данных. Наконец, РТР выполняет аутентификацию пользователей. Прежде, чем получить доступ к файлу, в соответствии с протоколом пользователи должны сообщить свое имя и пароль.

В стеке ТСР/IР протокол FТР предлагает наиболее широкий набор услуг для работы с файлами, однако он является и самым сложным для программирования. Приложения, которым не требуются все возможности FТР, могут использовать другой, более экономичный протокол - простейший протокол пересылки файлов ТFТР (Trivial File Transfer Protocol). Этот протокол реализует только передачу файлов, причем в качестве транспорта используется более простой, чем ТСР, протоко