Объединение сетей
До сих пор предполагали наличие единой однородной сети, в которой каждая машина использует один и тот же протокол на всех уровнях. К сожалению, данное предположение слишком оптимистично. Существует множество различных сетей, включая локальные, региональные и глобальные. На каждом уровне широко применяются многочисленные и разнообразные протоколы
Разнообразие сетей (а следовательно, и протоколов) будет оставаться всегда по следующим причинам. Прежде всего, установленная база существующих сетей уже достаточно велика и продолжает расти. Почти все персональные компьютеры используют протокол ТСР/IР. Во многих больших компаниях еще используются протоколы SNA фирмы IВМ.
Существенная доля телефонных сетей ориентирована на АТМ. Локальные сети персональных компьютеров все еще пользуются протоколами Novell NCP/IPX. Наконец, бурно развиваются беспроводные сети , которые внедряют свои протоколы. Такая тенденция будет сохраняться в ближайшие годы благодаря наличию большого количества существующих сетей и еще благодаря тому, что некоторые производители считают, что возможность клиента легко переходить в системы других производителей не в их интересах.
Во-вторых, по мере того как компьютеры и сети становятся все дешевле, уровень принятия решения о выборе той или иной технологии все опускается. В-третьих, различные сети (например, АТМ и беспроводные сети) основаны на принципиально разных технологиях. Появление этой новой технологии, несомненно, повлечет создание новых протоколов.
Рассмотрим следующий пример взаимодействия нескольких различных сетей, показанный на рис. 5.15. На нем изображена корпоративная сеть, части которой находятся далеко друг от друга и соединены глобальной сетью АТМ. В одной из частей для объединения Ethernet, беспроводной локальной сети 802.11 и сети SNA корпоративного центра данных используется оптическая магистраль FDDI.
Целью объединения этих сетей является предоставление пользователям возможности общаться с пользователями любой другой из этих сетей, а также получать доступ к данным всех частей сети. Для реализации этих возможностей требуется посылать пакеты из одной сети в другую. Поскольку сети зачастую различаются довольно сильно, объединение сетей в общем случае является исключительно сложной задачей. Однако есть частный случай, реализация которого вполне осуществима. Это случай, при котором источник и приемник находятся в сетях одного типа, но между ними находится сеть другого типа.
Метод решения данной проблемы называется туннелированием. Чтобы послать IР-пакет компьютеру 2, компьютер 1 формирует пакет, содержащий его IР-адрес хоста 2, помещает его в кадр Ethernet, адресованный многопротокольному маршрутизатору, и пересылает его по сети Ethernet. Получив кадр, многопротокольный маршругизатор извлекает, IР-пакет, помещает его в поле данных пакета сетевого уровня глобальной сети и пересылает его другому многопротокольному маршрутизатору. Когда пакет попадает туда, многопротокольный маршрутизатор извлекает IР-пакет и посылает его компьютеру 2 внутри кадра Ethernet.
Глобальную сеть при этом можно рассматривать как большой туннель, простирающийся от одного многопротокольного маршрутизатора до другого. IР-пакет, помещенный в упаковку, просто перемещается от одного конца туннеля до другого. Ему не нужно беспокоиться о взаимодействии с глобальной сетью. Это же касается и компьютеров сетей Ethernet по обе стороны туннеля. Переупаковкой пакета и пeреадресацией занимаются многопротокольные маршрутизаторы. Для этого им нужно уметь разбираться в IР-адресах и обладать информацией о формате пакетов глобальной сети. В результате весь путь от середины одного многопротокольного маршрутизатора до середины другого работает, как линия последовательной передачи.
Маршрутизация в объединенных сетях аналогична маршрутизации в единой подсети, но связана с некоторыми дополнительными сложностями.
Получается двухуровневый алгоритм маршрутизации: в пределах каждой сети используется внутренний шлюзовый протокол, но между сетями применяется внешний шлюзовый протокол. Так как все сети независимы, в них могут применяться различные алгоритмы маршрутизации. Благодаря независимости сетей друг от друга, они часто называются автономными системами (АС).
Рис 5.15 Набор объединенных сетей
Рис 5.16. Туннелирование пакета
Типичный интерсетевой пакет, отправляясь из своей локальной сети, адресуется своему локальному многопротокольному маршрутизатору (адрес прописывается в заголовке МАС-уровня), Когда он попадает туда, сетевой уровень с помощью своих таблиц решает, какому многопротокольному маршрутизатору переслать этот пакет. Если до соответствующего маршрутизатора можно добраться с помощью «своего» сетевого протокола, он направляется туда напрямую. В противном случае он туннелируется туда, для чего используются пакет и протокол промежуточной сети. Этот процесс повторяется до тех пор, пока пакет не прибудет в сеть адресата.
Одно из различий внутрисетевой и межсетевой маршрутизации состоит в том, что при межсетевой маршрутизации часто требуется пересечение международных границ.
Другим различием внутрисетевой и межсетевой маршрутизации является их стоимость. В пределах одной сети обычно применяется единый алгоритм тарификации. Однако различные сети могут управляться различными организациями, и один маршрут может оказаться дешевле другого. Аналогично, качество обслуживания, предлагаемое в разных сетях, также может различаться, что также может послужить причиной выбора того или иного маршрута.
Все сети, накладывают ограничения на размер своих пакетов. Эти пределы вызваны различными причинами, среди которых есть следующие:
аппаратные (например, размер кадра Ethernet); операционная система (например, все буферы имеют размер 512 байт); протоколы (например, количество бит в поле длины пакета); соответствие какому-либо международному или национальному стандарту; желание снизить количество пакетов, пересылаемых повторно из-за ошибок передачи; желание предотвратить ситуацию, когда один пакет слишком долгое время занимает канал.
Результатом действия всех этих факторов является то, что разработчики не могут выбирать максимальный размер пакета по своему усмотрению. Максимальный размер поля полезной нагрузки варьируется от 48 байт (АТМ-ячейки) до 65 515 байт (IР-пакеты), хотя на более высоких уровнях размер поля полезной нагрузки часто бывает больше.
Bозникает проблема, когда большой пакет хочет пройти по сети, в которой максимальный размер пакетов слишком мал. Одно из решений состоит в предотвращении возникновения самой проблемы. Другими словами, объединенная есть должна использовать такой алгоритм маршрутизации, который не допускает пересылки, пакетов по сетям, не способным их принять. Однако это решение не устраняет проблему. Единственное решение проблемы заключается в разрешении шлюзам разбивать пакеты на фрагменты и посылать каждый фрагмент в виде отдельного межсетевого пакета.
Для восстановления исходных пакетов из фрагментов применяются две противоположные стратегии. Первая стратегия заключается в том, чтобы фрагментация пакета, вызванная сетью с пакетами малых размеров, оставалась прозрачной для обоих абонентов, обменивающихся пакетом. «Мелкопакетная» сеть имеет шлюзы (скорее всего, это специализированные маршрутизаторы), предоставляющие интерфейсы другим сетям. Когда на такой шлюз приходит пакет слишком большого размера, он разбивается на фрагменты. Каждый фрагмент адресуется одному и тому же выходному шлюзу, восстанавливающему из этих фрагментов исходный пакет. Таким образом, прохождение данных через мелкопакетную есть оказывается прозрачным. В сетях АТМ, например, есть даже специальная аппаратура для обеспечения прозрачной фрагментации пакетов (разбивания на ячейки) и обратной сборки ячеек в пакеты. В сетях АТМ фрагментацию называют сегментацией.
Прозрачная фрагментация проста, но, тем не менее, создает некоторые проблемы. Во-первых, выходной шлюз должен уметь определять момент получения последней части пакета, поэтому каждый фрагмент должен содержать либо поле счетчика, либо признак конца пакета. Во-вторых, все фрагменты должны выходить через один и тот же шлюз. Таким образом, налагается запрет на использование фрагментами различных путей к окончательному получателю, и в результате может оказаться потерянной часть производительности. Наконец, процессы фрагментации и последующей сборки пакетов при прохождении каждой сети с малым размером пакетов приводят к дополнительным накладным расходам.
Другая стратегия фрагментации состоит в отказе от восстановления пакета из фрагментов на промежуточных маршрутизаторах. Задача восстановления оригинального пакета возложена на получающий компьютер.
С непрозрачной фрагментацией связаны свои проблемы. Например, она требует, чтобы каждый пользователь мог восстановить пакет из фрагментов. Кроме того, при фрагментации большого пакета возрастают суммарные накладные расходы, так как каждый фрагмент должен иметь заголовок. В то время как в случае прозрачной фрагментации лишние заголовки при выходе из мелкопакетной сети исчезали, в данном методе накладные расходы сохраняются на протяжении всего пути. Однако преимущество непрозрачной фрагментации состоит в возможности использовать для передачи фрагментов несколько различных маршрутов, что повышает производительность.
Фрагменты пакета должны нумероваться таким образом, чтобы можно было восстановить исходный поток данных.