Учебно-методическии комплекс дисциплины «Компьютерные сети» для специальности 6М011100 — «Информатика» (стр. 39 )

Сообщения, которые оконечные системы посылают в сеть, чтобы информировать о начале процедуры разрыва виртуального канала, а также сообщения, которыми обмениваются коммутаторы для установки виртуального канала (то есть для изменения таблиц маршрутизации коммутаторов), называются сигнальными сообщениями, а протоколы, используемые для обмена этими сообщениями, часто называют сигнальными протоколами. Процесс установки виртуального канала схематично показан на рис. 9.2.

Рис. 9.2Модель обслуживания на основе виртуальных каналов

При использовании дейтаграммного сетевого уровня каждый раз, когда оконечная система хочет послать пакет, она указывает в нем адрес получающей оконечной системы, а затем передает этот пакет в сеть. Как показано на рис. 9.3, эта процедура выполняется без предварительной установки виртуального канала. Коммутаторы пакетов в дейтаграммной сети (называемые в Интернете «маршрутизаторами») не содержат информации о состоянии виртуальных каналов (так как виртуальных каналов нет!). Вместо этого коммутаторы пакетов продвигают пакет по направлению к адресату, изучая адрес получателя пакета. При этом они ищут нужную им для этого информацию в своей таблице продвижения данных, используя адрес получателя в качестве индекса. Поскольку таблицы продвижения данных могут быть изменены в любое время, пакеты, относящиеся к одной серии пакетов, посланных одной оконечной системой другой оконечной системе, могут следовать по разным маршрутам и прибыть к получателю не в том порядке, в котором были посланы.

Рис. 9.3Модель обслуживания на основе дейтаграмм

Службу виртуальных каналов также называют сетевой службой с у становлением соединения, а дейтаграммную службу — сетевой службой без установления соединения. В самом деле, служба виртуальных каналов представляет собой разновидность службы с установлением соединения, так как ее использование подразумевает установление и разрыв соединения, а также поддержку информации о состоянии соединения в коммутаторах пакетов. Дейтаграммная служба является разновидностью службы без установления соединения, так как в ней соединения не используются. Эта терминология обладает своими достоинствами и недостатками, и в литературе, посвященной компьютерным сетям, часто применяется и те, и другие термины. В этой книге мы решили для сетевого уровня использовать понятия «службы виртуальных каналов» и «дейтаграммной службы», а термины «служба с установлением соединения» и «служба без установления соединения» оставить для транспортного уровня. Мы полагаем, что такое разграничение терминологии поможет читателю различать службы, функционирующие на этих двух уровнях.

Современная архитектура Интернета предоставляет единственную модель обслуживания с использованием дейтаграмм, также называемую обслуживанием по остаточному принципу (best-effort service). Если взглянуть на табл. 9.1, может показаться, что обслуживание по остаточному принципу — это просто эвфемизм, означающий «вообще никакого обслуживания». При обслуживании по остаточному принципу не дается гарантий сохранения временных интервалов между пакетами, не дается гарантий доставки пакетов с сохранением исходного порядка следования и даже не предоставляются гарантии доставки переданных пакетов. Такому определению службы будет удовлетворять даже сеть, которая вообще не доставляет никаких пакетов (кстати, в часы перегрузки Интернет напоминает именно такую сеть). Тем не менее, как мы скоро увидим, для использования подобной минималистской модели обслуживания имеются вполне разумные причины. Характерное для сегодняшнего Интернеты обслуживание по остаточному принципу расширяется, предлагая так называемое интегрированное обслуживание и дифференцированное обслуживание.

В других сетевых архитектурах бьтли определены и реализованы модели предоставления услуг, выходящие за рамки обслуживания по остаточному принципу. Например, сетевая архитектура ATM предоставляет несколько моделей обслуживания, таким образом, различные соединения в одной и той же АТМ-сети могут предоставлять различные классы обслуживания. Ниже представлены две наиболее важные модели обслуживания ATM.

□ CBR (Constant Bit Rate — постоянная битовая скорость). Это была первая стандартизированная модель обслуживания ATM, отразившая интерес телефонных компаний к технологии ATM. Служба CBR годится для передачи трафика реального времени с постоянной скоростью, например аудио и видео. Цель службы CBR проста — создать у отправителя и получателя впечатление, что их соединяет выделенная линия связи. Служба CBR гарантирует, что определенные параметры, такие как суммарная задержка доставки ATM-пакетов (в терминологии ATM называемых ячейками), изменчивость этой суммарной задержки (часто называемая «джиттером») и доля потерянных или доставленных с опозданием ячеек, не будут превышать указанных величин. Об этих величинах передающий хост и ATM-сеть договариваются во время установки CBR-соединения.

□ ABR (Available Bit Rate — доступная битовая скорость). По сравнению со службами Интернета эта служба предлагает несколько лучшее качество обслуживания. Как и в модели обслуживания Интернета, в модели обслуживания с доступной битовой скоростью ячейки могут теряться. Однако в отличие от Интернета порядок следования ячеек гарантируется. К тому же для соединения, использующего службу ABR, гарантируется определенная минимальная скорость передачи ячеек (Minimal Cell Rate, MCR). Кроме того, если в сети имеется достаточно свободных ресурсов, отправитель может успешно передавать данные с большей, чем MCR, скоростью. Помимо этого, как было показано в подразделе «Контроль перегрузок в службе ABR сетей АТМ» раздела «Принципы контролирования перегрузки», служба ABR может предоставлять отправителю обратную связь (при помощи специального бита индикации перегрузки или явного указания скорости передачи), что позволяет отправителю выбирать оптимальную скорость передачи в пределах от MCR до разрешенной пиковой скорости ячеек (Peak Cell Rate, PCR) в соответствии с текущей ситуацией.

Таблица 9.1Модели обслуживания Интернета, CBR, ABR

Помимо служб CBR и ABR в стандарте ATM-сети специфицированы такие службы, как VBR (Variable Bit Rate — переменная битовая скорость) и UBR (Unspecified Bit Rate — неуказанная битовая скорость).

3. Происхождение дейтаграммной службы и службы виртуальных каналов

Эволюция сетевых служб отражает их происхождение. Идея виртуального канала как центрального организационного принципа уходит своими корнями в мир телефонии, в котором используются «реальные» электрические цепи. Сеть виртуальных каналов значительно сложнее дейтаграммной сети, так как в ней требуется установка соединения, а маршрутизаторы сети хранят информацию о состоянии соединения. Эти свойства также представляют собой «родимые пятна» телефонных сетей.

Телефонным сетям присуще сложное внутреннее строение, так как еще недавно они соединяли примитивные оконечные устройства, такие как телефоны с дисковым набором номера (для юных читателей, не знакомых с подобной техникой, поясняем, что это аналоговые телефоны, у которых вместо кнопок использовался вращающийся диск, соединенный с механическим прерывателем).

Дейтаграммная модель обслуживания Интернета, напротив, «родилась» из потребности объединения компьютеров. Несмотря на большую сложность оконечных систем, архитекторы Интернета в этом случае решили использовать как можно более простую модель обслуживания сетевого уровня. Как уже упоминалось в главах 2 и 3, другие функции (например, доставка данных с сохранением порядка еледования, надежная доставка, борьба с перегрузкой и разрешение имен DNS) реализуется на более высоком уровне в оконечных системах. Такой подход, полностью противоположный модели телефонной сети, обладает интересными особенностями.

□ Получившаяся в результате модель сетевого обслуживания в Интернете, предоставляющая минимальные гарантии (никаких гарантий обслуживания!) и поэтому предъявляющая минимальные требования к сетевому уровню, облегчает задачу объединения сетей, использующих различные технологии канального уровня (например, спутниковые сети, Ethernet, оптоволоконные кабели или радиосети) и обладающих сильно различающимися скоростями передачи данных, а также характеристиками потерь данных.

4. Основы маршрутизации

Для того чтобы переместить пакеты от хоста-отправителя к хосту-получателю, сетевой уровень должен определить путь, или маршрут, следования пакетов. Независимо от того, какую службу предоставляет сетевой уровень, деитаграммную службу (в этом случае различные пакеты данной пары отправитель-получатель могут двигаться по разным маршрутам) или службу виртуальных каналов (в этом случае все пакеты, передаваемые данным отправителем данному получателю, будут перемещаться по одному и тому же пути), сетевой уровень должен определить путь продвижения пакета. Этим занимается протокол маршрутизации сетевого уровня.

Как правило, хост напрямую подключен к одному из маршрутизаторов, так называемому маршрутизатору по умолчанию, или маршрутизатору первого ретрансляционного участка. Когда хост передает пакет, этот пакет попадает на маршрутизатор по умолчанию. Мы будем называть маршрутизатор по умолчанию хоста-источника маршрутизатором-источником, а маршрутизатор хоста-приемника по умолчанию маршрутизатором-приемником. Задача выбора пути пакета от хоста-источника к хосту-приемнику, очевидно, сводится к задаче выбора пути пакета от маршрутизатора-источника к маршрутизатору-приемнику.

Сердцевиной любого протокола маршрутизации является алгоритм, определяющий путь пакета от маршрутизатора-источника к маршрутизатору-приемнику (алгоритм маршрутизации). Задача алгоритма маршрутизации проста: для заданного множества маршрутизаторов и линий, соединяющих маршрутизаторы, алгоритм маршрутизации находит «оптимальный» путь от маршрутизатора-источника к маршрутизатору-приемнику. Как правило, «оптимальный» означает путь с «минимальной стоимостью». Мы увидим, однако, что на практике в игру часто вступают такие стратегические соображения, как вопросы безопасности (например, такое требование, как «маршрутизатор X, принадлежащий организации Y, не должен переправлять пакеты, исходящие из сети, принадлежащий организации Z»), усложняя концептуально простые и элегантные алгоритмы, на теории которых покоится практика маршрутизации в современных сетях.