ВВЕДЕНИЕ

В последнее время появился ряд книг, посвящённых сети Internet [2—10]. Однако практически все они предназначены для предварительного знакомства с сетевыми возможностями. Количество узлов Internet в России уже исчисляется тысячами. Формируется слой программистов, работающих в области сетевого программного обеспечения. Таким людям мало уметь пользоваться теми или иными программами, им нужно понимать, как работают основные протоколы, как следует писать программы для работы с пакетами.

Данное пособие может быть полезно как специалистам, так и лицам, впервые столкнувшимся с необходимостью воспользоваться услугами, предоставляемыми сетью Internet. Это пособие предназначено для пользователей начального и среднего уровня и охватывает почти все основные протоколы, входящие в TCP/IP. Каждый из них рассматривается достаточно подробно, излагается его работа и взаимодействие с другими протоколами семейства TCP/IP. При этом рассказывается об основных средствах для установки, настройки и обслуживания сетей TCP/IP. Последняя глава посвящена новым сетевым технологиям Frame Relay и ATM в сетях и перспективам их развития.

В существующей системе Internet немало недостатков. Наиболее серьезные трудности связаны с проблемой маршрутизации, не существует механизма выравнивания загрузки каналов в рамках внешних протоколов, механизмы управления не всегда удобны, диагностика несовершенна. Система адресации сети Internet архаична и уже планируется её замена (расширение разрядности адресов), многие сервисные услуги неудобны, например, при FTP затруднена оценка продолжительности выполнения команды put или get, не производится предупреждения об отключении связи при пассивности пользователя, TELNET не имеет возможности непосредственно копировать файлы с удалённой ЭВМ, поисковые системы не всегда позволяют найти то, что нужно и т.д. и т.п.

1

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АО — Акционерное ОбществоАП — агент пользователя АПК — аппаратно-программный комплексАПС — агент пересылки сообщенийБД — база данныхБДНП — блок доступа непрямых пользователейБДФД — блок доступа физической доставкиБЧХ — помехоустойчивый код Боуза-Чоудхури-ХоквингемаВОЛС — волоконно-оптическая линия связиЗУ — запоминающее устройствоИВС — информационно-вычислительная сетьКК — коммутация каналовКП — коммутация пакетовКС — коммутация сообщенийЛВС — локальная вычислительная сетьМП — микропроцессорМОС — Международная организация по стандартизации

МСЭ-Т — Международный союз электросвязи отделение телефонии (до 1995 г. МККТТ — Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии)

НГМД — накопитель на гибком магнитном дискеНСД — несанкционированный доступОЗУ — оперативное запоминающее устройствоООД — оконечное оборудование данныхОРД — объект размещения и доставкиОС — операционная системаОТД — опорная точка доступаОФМ — относительная фазовая модуляцияП — пользовательПАД — пакетный адаптер данныхПД — передача данныхПЗУ — постоянное запоминающее устройствоПК — персональный компьютерПО — программное обеспечениеППЗУ — перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство

ПРД — передатчикПРМ — приёмникПС — пересылка сообщенийПЭВМ — персональная ЭВМРРЛ — радиорелейная линия

РОС-НП — алгоритм повышения верности «Решающая обратная связь с непрерывной передачей»

РОС-ОЖ — алгоритм повышения верности «Решающая обратная связь с ожиданием»

2

РФ — Российская Федерация

СБИС — сверхбольшая интегральная схема

СНГ — Содружество Независимых Государств

СОС — система обработки сообщений

СПС — система пересылки сообщений

ТД — телеобработка данных

ТЛФ — телефонные каналы

ТЛФОП (ТФОП) — телефонная сеть общего пользования

ТСМ — треллис-модуляция

Хост-ЭВМ — система, предоставляющая пользователю свои информационные и вычислительные ресурсы

ХС — хранилище сообщений

ЦКП — центр коммутации пакетов

ЦП — центральный процессор

ЧМ — частотная модуляция

ЭЛТ — электронно-лучевая трубка

ЭМВОС — эталонная модель взаимодействия открытых систем

ЭП — электронная почта

ARP — Address Resolution Protocol (протокол преобразования адресов)

ASCII — American Standard Code for Information Interchange (Американский стандартный код для информационного обмена)

ATM — Asynchronous Transfer Mode (режим асинхронной передачи)

BGP — Border Gateway Protocol (протокол граничных маршрутизаторов)

BIOS — Basic Input / Output System (базовая система ввода/вывода)

BISDN — Broadband Integrated Services Digital Network (широкополосная цифровая сеть с интеграцией служб)

CBMS —Computer Based Messaging System (компьютерная система передачи сообщений)

3

CBS — Committed Burst Size (согласованный импульсный объём переданной информации)

CD-ROM — Compact Disk ROM (ПЗУ на компакт-диске)

CGA — Color Graphics Adapter (цветной графический адаптер)

СGI — Common Gateway Interface (универсальный интерфейс шлюзов)

CIR — Committed Information Rate (согласованная информационная скорость)

CISC — Complex Instruction Set Computing (однокристальный процессор)

DLCI — Data Link Connection Identifier (идентификатор соединения по звену передачи данных)

DNS — Domain Name Service (служба именования доменов)

DOS — Disc Operating System (дисковая операционная система)

DV — Distance Vector (вектор длин)

EGA — Enhanced Graphics Adapter (улучшенный графический адаптер)

EGP — Exterior Gateway Protocol (протокол маршрутизации)

FC — File Server (файл-сервер)

FCFS — First Come – First Served (первым пришёл – первым обслужен)

FDDI — Fiber Distributed Data Interface (распределённый интерфейс передачи данных по волоконно-оптическому кабелю)

FQDN — Fully Qualified Domain Name (полный доменный адрес)

Frame Relay — быстрая коммутация кадров

FTP — File Transfer Protocol (протокол пересылки файлов)

GGP — Gateway to Gateway Protocol (протокол маршрутизатор–маршрутизатор)

HELLO — реализация протокола внутренней маршрутизации

HTML — Hyper Text Markup Language (язык для работы с гипертекстом)

HTTP — Hyper Text Transfer Protocol (протокол для пересылки гипертекстов)

ICMP — Internet Control Message Protocol (межсетевой протокол управляющих сообщений)

IEEE 802 — Institute of Electrical and Electronics Engineers 802 (Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, Комитет № 802)

IGP — Interior Gateway Protocol (внутренний протокол маршрутизации)4

IP — Internet Protocol (межсетевой протокол)

ISDN — Integrated Services Digital Network (цифровая сеть с интеграцией служб)

IS-IS — Intermediate System to Intermediate System Protocol (протокол маршрутизации, выполняющий маршрутизацию данных IP и МОС)

LAN — Local Area Network (локальная вычислительная сеть)

LAP-B — Link Access Procedures Balanced (сбалансированные процедуры доступа к каналу)

MAN — Metropolitan Area Network (региональная сеть)

MHS — Message Handing System (система обработки сообщений)

MIME — Multipurpose Internet Mail Extensions (многоцелевые расширения электронной почты Internet)

MTA — Message Transfer Agent (агент пересылки сообщений)

МТS — Message Transfer System (система пересылки сообщений)

NFS — Network File System (сетевая файловая система)

NNI — Network-to-Network Interface (межсетевой интерфейс)

NNTP — Network News Transfer Protocol (протокол сетевой передачи новостей)

NVT — Network Virtual Terminal (сетевой виртуальный терминал)

OSPF — Open Shortest Path First (открытый протокол предпочтения кратчайшего пути)

РОР — Post Office Protocol (протокол почтового отделения)

РРР — Point-to-Point Protocol (протокол точка–точка)

PVC — Permanent Virtual Circuits (постоянные виртуальные соединения)

RARP — Reverse Address Resolution Protocol (протокол обратного преобразования адреса)

RFC — Request For Comments (документ, описывающий принятый в Internet стандарт)

RIP — Routing Information Protocol (протокол для передачи маршрутной информации)

RISC — Reduced Instruction Set Computing (многокристальный процессор)

RPC — Remote Procedure Call (вызов удалённых процедур)

SLIP — Serial Line Internet Protocol (межсетевой протокол для последовательного канала)

SMTP — Simple Mail Transfer Protocol (простой протокол электронной почты)

5

SNMP — Simple Network Management Protocol (простой протокол управления сетью)

SPF — Shortest Path First (кратчайший путь первым)

SVC — Switched Virtual Circuits (коммутируемый виртуальный канал)

SVGA — Super Video Graphics Array (супер видеографическое устройство)

TCP — Transmission Control Protocol (протокол управления передачей данных)

TELNET — Terminal Networking (протокол и программные средства, позволяющие подключаться к удалённой машине и работать с ней через эмулируемый терминал)

TFTP — Trivial File Transfer Protocol (простейший протокол пересылки файлов)

UA — User Agent (агент пользователя)

UDP — User Datagram Protocol (протокол пользовательских дейтаграмм)

UNI — User-to-Network Interface (сетевой интерфейс пользователя)

UPS — Uninterruptible Power Supply (бесперебойный источник питания)

URL — Universal Resource Locator (универсальный указатель ресурса)

UUCP — Unix-Unix-Copy-Program (Программа копирования с операционной системы Unix на такую же операционную систему)

VGA — Video Graphics Array (видеографическое устройство)

WAN — Wide Area Network (глобальная сеть)

WS — Work Station (рабочая станция)

6

1. ОБЩИЙ ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ СЕТЕВЫХ

АРХИТЕКТУР

1.1. Основные требования к сетевым архитектурам

Генеральным направлением развития современных информационно-вычислительных сетей (ИВС) является их глобализация и интеграция (объединение). Это приводит к расширению ИВС, совместному использованию программного обеспечения (ПО), объединению различных сетей и т.п. Продуктивной основой проектирования современных ИВС является эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС), которая содержит 7 уровней: физический; канальный; сетевой; транспортный; сеансовый; представительный; прикладной. Конкретное содержание каждого уровня и реализуемые им функции существенно зависят от принятой разработчиком сетевой архитектуры ИВС.

Используемые в настоящее время сетевые архитектуры существенно различаются по принципам взаимодействия уровней, своим характеристикам и перечню предоставляемых услуг, что связано как с реальными потребностями пользователя, так и с развитием самих этих архитектур. В реальных сетях используется множество сетевых архитектур, таких как TCP/IP, IPX/SPX, XNS XEROX, Apple Talk, SNA, Banyan VINES, PC, МСЭ-Т (Х.200), 3COM, DECnet, Phase 4, ISO и ряд других. Однако поистине всемирное распространение получили два подхода — архитектура TCP/IP американского научно-исследовательского центра DARPA и архитектура МСЭ-Т (Х.200). Причём принципиальные отличия в методологических основах реализации этих архитектур проистекают из учёта качества используемых каналов связи. Так архитектура TCP/IP ориентирована на применение достаточно хороших каналов связи с низким коэффициентом ошибок (порядка 10-5), в то время как архитектура Х.200 допускает использование каналов с вероятностью ошибки порядка 10-3. Наконец, реализации ИВС на каналах очень хорошего качества (коэффициент ошибок порядка 10-7), например, волоконно-оптических или спутниковых, позволяют применять современные высокоскоростные сетевые технологии типа Frame Relay или ATM(см. раздел 7).

Поскольку основная задача ИВС общего пользования состоит в организации взаимодействия разнородных пользователей на значительных территориях, то главными требованиями к сетевой архитектуре являются:

наличие мощной, открытой и гибкой системы адресации, позволяющей обеспечить обслуживание значительного количества пользователей;

высокая эффективность передачи полезной информации в сети, как по времени, так и по верности доставки;

7

высокая степень адаптации к изменяющимся внешним условиям (неисправности, подключение новых ресурсов или пользователей), что требует тщательно сбалансированной системы протоколов взаимодействия на всех уровнях ЭМВОС.

Набор основных протоколов сетевых архитектур МСЭ-Т (Х.200) и TCP/IP представлен в таблице 1.1.

Можно выделить следующие существенные отличия данных архитектур:– Архитектура Х.200 предусматривает жёсткий набор протоколов на всех

уровнях ЭМВОС, когда на каждом уровне между взаимодействующими объектами сначала устанавливается логическая связь, а уже затем передаются данные. При этом сверху донизу сохраняется последовательность передачи протокольных единиц (блоков, фрагментов, пакетов, кадров) и предпринимаются специальные меры для сохранения целостности этих порций данных. В случае потери или искажения протокольной единицы на каждом уровне (кроме физического) осуществляется перезапрос и повторная передача искажённой протокольной единицы.

– Архитектура TCP/IP предусматривает возможность ветвления протоколов и даже добавление новых. За целостностью данных следит транспортный уровень (протокол ТСР), либо сам пользователь (протокол UDP).

Таблица 1.1.

Уровни ЭМВОС МСЭ-Т (Х.200) TCP/IP

7. Прикладной набор протоколов Набор Наборпротоколов протоколов6. Представительный Х.226

5. Сеансовый Х.225ТСР UDP

4. Транспортный Х.224

3. Сетевой Х.25/3 IP

2. Канальный LAP-B(X.25/2) произвольный

1. Физический X.21 произвольный

Различия в идеологии построения сетевых архитектур порождают существенные различия механизма передачи данных на всех уровнях ЭМВОС за исключением физического и канального, где могут применяться протоколы МСЭ-Т — LAP-B и Х.21, но могут и другие. Основные отличия в алгоритме передачи данных состоят, во-первых, в идеологии защиты от ошибок, и, во-вторых, в реализации режима коммутации пакетов (КП).

Рассмотрим сначала методы борьбы с ошибками.

8

В архитектуре МСЭ-Т очень много внимания уделено вопросам защиты данных от ошибок и сбоев. Для этого выделяется второй (канальный) уровень. Обнаружение ошибок выполняется с помощью мощного помехоустойчивого кода типа БЧХ (Боуза-Чоудхури-Хоквингема) (Реком. V. 42) с минимальным кодовым расстоянием d0=5, что позволяет обнаруживать любую 4-х кратную ошибку. Исправление ошибок выполняется с помощью алгоритмов с обратной связью — РОС-ОЖ или (чаще) РОС-НП. Для борьбы со вставками и выпадениями кадров используется тайм-аут и циклическая нумерация кадров. На сетевом уровне обеспечивается нумерация пакетов и их перезапрос. Всё это позволяет использовать передающую среду практически любого качества, однако платой за это является высокая степень вносимой избыточности, т.е. падение реальной скорости передачи информации.

В архитектуре TCP/IP первый и второй уровни вообще не оговорены, т.е. передача может вестись даже без защиты от ошибок. Повышение верности возложено на транспортный протокол ТСР. Если используются хорошие каналы, например, волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), то на транспортном уровне используется протокол UDP, где не предусмотрена защита от ошибок. В этом случае обнаружение и исправление ошибок осуществляется на прикладном уровне специальными программами пользователя. Такой подход становится понятным, т.к. архитектура TCP/IP первоначально была реализована в сети ARPANET, где использовались выделенные высокоскоростные каналы.

4.1 Основные параметры системы передачи дискретной информации

Классификация параметров систем передачи дискретной информации (ПДС) представлены на рис.3.1

П а р а м е т р ы с и с т е м П Д С

В н е ш н и е В н у т р е н н и е

Т е х н и к о - э к о н о м и И н ф о р м а ц и о н - Т е х н и к о - э к с п - Э л е м е н т М о щ н о с т ь С л о ж - ч е с к и е н ы е л у а т а ц и о н н ы е н а я б а з а п о м е х н о с т ь

С т о и - Г а б а р и т М В е р н о - С к о р о с т ь В р е м я В р е м я С р е д н е е Т е м п е р а т - М е х а н и чм о с т ь н ы е а с т ь п е р е д а ч и п е р е д а ч и з а д е р в р е м я б е з - у р н ы й е с к и е р а з м е р ы с ж к и о т к а з н о й д и а п а з о н х а р - к и

с р а б о т ы р а б о т ы а

А л г о р и т м и С т р у к т ч е с к а я у р н а я

9

Рис.3.1. Классификация параметров систем ПДС.

Под верностью передачи понимается вероятность полного совпадения переданного символа с принятым. На практике верность оценивается вероятностью ошибки Рош и вероятностью потери Рпот сообщений. В таблице 3.1. приведены, в качестве примера, значения этих параметров в различных системах ПДС. В телеметрических системах уменьшение Рош по сравнению с другими системами вызвано возможностью восстановления пораженного ошибкой символа по соседним символам (например, путем «сглаживания»).

Требования по скорости и времени задержки сигнала в системе ПДС определяются допустимой задержкой доставки информации Тдоп. График Тдоп= f (V), V- объем сообщения имеет следующий вид (рис.3.2.). На этом же рисунке приведены графики зависимости трех значений скорости передачи Rс, которые обеспечивают величину Тдоп при заданном объеме V передаваемой информации.

Под скоростью передачи информации по каналу (R) понимается количество бит, передаваемое в единицу времени (секунду). Максимально возможное значение скорости Rmax, при заданных условиях называют пропускной способностью канала С.

Таблица 3.1.Параметр

Рош Рпот

Системы оповещения 10-9 10-10

10-9 10-10

Телеметрические система 10-3 10-5

Системы диалоговые и справочные

10-6 10-6

Системы управления, принятия решений,

телеграфия10-5

10-5

10

Т д о п , с ; R c , б и т / с

2 0 0 б и т / с4 8 0 0 б и т / с

1 0 5

7 4 8 0 0 0 б и т / с

1 0 4

6

1 0 3

5

1 0 2

4

1 0 3

1

1 2 1 0 - 1

1 1 0 1 0 2 1 0 3 1 0 4 1 0 5 1 0 6 1 0 7 V , б и т .

Рис. 3.2. Сроки доставки дискретных сообщений.

Графики Тдоп=f1(V); С= f2(V) и области допустимой задержки следующих видов сообщений: 1-оповещения; 2-телеметрическая информация; 3-диалог «человек-машина»; 4-справочная информация; 5-обмен программами между ЭВМ; 6-общие донесения в АСУ; 7-телеграфная информация.

Под алгоритмической сложностью понимается число логических и арифметических операций и объём памяти ЗУ, необходимых для обеспечения преобразований сообщения в выходной сигнал системы ПДС.

Структурная сложность определяется числом базовых узлов, которые необходимы для построения системы ПДС при заданных параметрах надежности. В качестве базовых могут пониматься узлы, выпуск которых освоен промышленностью, например триггеры, операционные усилители и т.д.

Наиболее общим показателем системы ПДС являются информационная эффективность , которая определяется как отношение скорости передачи информации к пропускной способности канала =R/C, и характеризует степень использования канала. Стоимость системы ПДС обычно связывают с её основной функцией - передачей информации. Отсюда, в качестве оценки стоимости системы ПДС принимается стоимость передачи 1 бита информации S. Эта характеристика определяется полной стоимостью приведенных годовых затрат на систему и

11

складывается из капитальных расходов на изготовление аппаратуры и расходов на её эксплуатацию.

Между информационной эффективностью и стоимостью 1 бита информации имеется тесная связь (рис. 3.3.). С ростом стоимость передачи 1 бита информации падает, за счет лучшего использования непрерывного канала. При =орt обеспечивается минимальна стоимость передачи 1 бита информации. При > орt сказывается разное увеличение стоимости оборудования преобразования сигналов и S сильно увеличивается. Очевидно, что орt зависит от уровня развития электронной техники.

S

о п t 1

Рис.3.3. Завиcимость стоимости системы ПДС от

информационной эффективности .

1.1.1 Алгоритм с РОС и ожиданием решающего сигнала (РОС-ОЖ)Структурная схема РОС-ОЖ представлена на рис. 3.13, а алгоритм

работы—на рис. 3.14. Работает система следующим образом.

По сигналу управляющего устройства передатчика УУпер прямого канала ПКпер, источнику сообщений ИС посылается сигнал готовности аппаратуры к передаче данных (А1). По этому сигналу ИС выдает одну очередную комбинацию сообщения, которая поступает в кодер и накопитель передачи Нпер передатчика ПКпер (А2). Накопитель Нпер служит для запоминания одной передаваемой комбинации с целью возможности ее повторения, если придет сигнал «Переспрос» по обратному каналу. Кодер в процессе кодирования добавляет к передаваемым информационным разрядам проверочные разряды, полученные по законам формирования разрешенных комбинаций применяемого кода, например циклического (A3). Пройдя через УПСперПКпер дискретные сигналы приобретают вид, удобный для передачи по используемому каналу связи.

12

Если последний является каналом ТЧ, то сигнал на выходе УПС имеет вид модулированного колебания (А4).

В приемнике прямого канала ПКпер сигнал после обратного преобразования в УПСпр(А5) появится через соответствующее время распространения tр.

Информационная часть комбинации записывается в Нпр прямого канала (А6) и одновременно эта комбинация поступает в декодер приемника прямого канала, с помощью которого производится обнаружение ошибок.

Решающее устройство РУ выдает решение о качестве принятой комбинации на УУпр. Через taн устройство УУпр прямого канала выдает команды в Нпр и формирователь сигнала обратной связи ФСОС

передатчика

обратного канала ОКпер. Если ошибка не обнаружена, то формируется сигнал «Подтверждение» в обратном канале и выдается команда, по которой информация из Нпр поступает потребителю ПС (А7, А8), (см. на рис. 8.8 передачу блока 1). Для наглядности графики сигналов, относящихся к разным частям системы (относительно ст. А и Б), разнесены на рис. 8.8. Пройдя по обратному каналу за время tрОС сигнал

Рис 3.13 Структурная схема СПД с РОС-ОЖ.

13

подтверждения распознается дешифратором сигнала обратной связи ДСОС на ст. А (А10...А12). С помощью УУпер через время анализа сигнала обратной связи tа ос от ИС запрашивается очередная комбинация и цикл передачи повторяется (информация в Нпер и Нпр в этом случае автоматически стирается при поступлении новой порции (А13...А14)).

А1 -запрос очередной комбинации (ЗОК) от ИС; А2—запись очередной комбинации (информационной части) в Hпер; A3 — кодирование; А4 — передача по ПК; А5 — прием из ПК; А6—декодирование и запись принятой комбинации (информационной части) в Нпр; А7 - выдача комбинации из Нпр ПС; A8—формирование сигнала подтверждения; А9—формирование сигнала переспроса, стирание комбинации в Нпр и запрещение ее выдачи в ПС; А10— передача по ОК: A11—прием из OK; A12—дешифрирование сигнала ОС; А13— стирание предыдущей комбинации в Нпер; А14—блокировка ИС и повторение передачи комбинации из Нпер.

Если же ошибка в ПКпр обнаруживается декодером, то формируется сигнал переспроса в обратном канале и УУпр ПК выдает команду, запрещающую выдачу информации потребителю ПС из Нпр (эта информация уже не представляет интереса и она уничтожается в накопителе, т. е. «стирается»). Временная диаграмма процессов (А9...А13) показана на рис. 3.15 при передаче

14

Рис. 3.14. Граф-схема алгоритма работы системы ПДС с РОС-ОЖ:

комбинации 2. Пройдя по обратному каналу за время tрОС сигнал переспроса распознается ДСОС ст. А. С помощью УУпер через taОС из накопителя Нпер хранящаяся там комбинация повторно передается в кодер и далее. А источнику сообщений ИС и УУпер ПКпер поступает сигнал, запрещающий передавать очередную комбинацию. Следовательно, информация из Нпер будет повторяться до тех пор, пока не придет сигнал подтверждения. Если происходит длительное нарушение связи, в системе

начинает циркулировать одна и та же комбинация—говорят, что система «зацикливается». С целью предотвращения «зацикливания» обычно ограничивают

15

t

t

t

t

t

t

tОСtp tp

о

ж

tа

н

tp

taOCtaOCtОС

tp tp

о

ж

бл

tа

н

tp

к ПС(ст.Б)

ОКп

р

(ст.А)

ОКп

ер

(ст.Б)

ПКп

р

(ст.Б)

ПКпер

(ст.А)

от ИС(ст.А)

1 2 3

1 2 2 3

3 2 1

1 2

2

Рис.3.15.Временная диаграмма работы системы с РОС-ОЖ

количество таких повторов. После некоторого числа повторов одной и той же комбинации система переводится в режим «авария».

Таким образом, источнику сообщений «разрешается» выдавать только по одной комбинации с паузой между двумя соседними, равной времени ожидания ответа подтверждения по обратному каналу.

Минимальное время ожидания tож можно легко определить на рис. 3.16:

tож==tр+t`+tОС+tpОС+tаОС,

где tОС—длительность сигнала обратной связи.

Алгоритм работы системы с РОС-ОЖ весьма наглядно иллюстрируется графом состояний системы на рис. 3.16. Как видно из рисунка, правильный

Рис. 3.16. Граф состояний системы с РОС-ОЖ:

НП — начало передачи; ОО — обнаруженная ошибка: НО — необнаруженная ошибка; ППр— правильный прием: ИП — искажение подтверждения: ИЗ —

искажение запроса: ПП — правильное подтверждение; ПЗ — правильный запрос

прием кодовой комбинации происходит только в следующих случаях (отмечено двойными окружностями и двойными линиями):

правильная (без ошибок) первая передача по прямому каналу и правильный прием сигнала подтверждения;

16

обнаружение ошибки при первой передаче, правильный прием сигнала запроса, правильная вторая передача и правильный прием второго сигнала подтверждения;

обнаружение ошибки при первой передаче, правильный прием сигнала запроса, обнаружение ошибки при второй передаче, пра-вильный прием второго сигнала запроса, правильная третья передача и т. п.

После этого система переходит к передаче следующей кодовой комбинации. В случае необнаружения ошибки при передаче по прямому каналу и правильному приему сигнала подтверждения (отмечено штриховой линией) к ПИ поступает информация с ошибкой и система переходит к передаче следующей кодовой комбинации. Если при необнаруженной ошибке в прямом канале происходит трансформация сигнала подтверждения в сигнал запроса в обратном канале .(отмечено штрихпунктирной линией), то система повторяет передачу той же кодовой комбинации, в результате чего происходит «вставка». Вставка может произойти и в том случае, когда при правильном приеме по прямому каналу в обратном канале сигнал подтверждения трансформируется в сигнал запроса.

Если при передаче по прямому каналу приемник обнаруживает ошибки и в обратном канале сигнал запроса трансформируется в сигнал подтверждения, передатчик выдает новое сообщение, а так как предыдущее сообщение стирается, то происходит «выпадение». Как видно на графе, вставки и выпадения могут происходить не только на первом цикле передачи кодовой

комбинации, но и на последующих.

Эти два явления, характерные для всех систем с ОС, получили общее название «сдвига».

На рис. 3.17 показана временная диаграмма работы системы с РОС-ОЖ с изменением сигнала в канале ОС. При ошибке в сигнале подтверждения (см. передачу кодовой комбинации 3) происходит вставка, при ошибке в сигнале переспроса (см. передачу кодовой комбинации 4) образуется выпадение. Для борьбы со сдвигами применяют различные способы. Наряду с общими методами повышения помехоустойчивости обратного канала наиболее радикальным оказался метод циклической нумерации передаваемых комбинаций. Используют две разновидности таких методов.При первом методе передаваемые комбинации циклически нумеруются. Номер размещается в начале каждой комбинации или непосредственно за синхропоследовательностью, служащей для групповой синхронизации, и сохраняется за комбинацией до тех пор, пока она не будет правильно принята, т. е. при повторных передачах комбинации ее номер сохраняется.

17

Например, при передаче комбинаций 1, 2, 3, 4 и длине цикла нумерации, равного 3, в случае однократной передачи первой комбинации,

18

«выпадение»

Необнаруженная «ошибка»

Необнаруженная «ошибка»

к ПС(ст.Б)

Приёмникобратногоканала(ст.А)

Передатчикобратногоканала(ст.Б)

Приёмникпрямогоканала(ст.Б)

Передатчикпрямого канала(ст.А)

от ИС(ст.А)

3

3

3

3

4

4

4

4

4

4

4

5

5

5

5

5

5

5

6

6

6

7

7

7

7

Рис.3.17. Аномалии при работе системы ПД с РОС-ОЖ

213

4

«вставка» «вставк

а»

трехкратной—второй и двухкратной—третьей последовательности номеров в канале имеет следующий вид: a1,a2,a2,a2,a3,a3,a1,…, где a1,a2, a3—циклические номера комбинаций.

При втором методе все комбинации, которые передаются 1 раз, имеют один и тот же номер (например, ао) и только при повторениях производится циклическая нумерация, соответствующая числу повторений. Например, при трех циклических номерах, однократной передаче первой комбинации, двух повторениях второй, пяти—третьей и одном—четвертой последовательность циклических номеров в канале имеет следующий вид:

a0,a0,a1,a2,a0,a1,a2,a3,a1,a2,a0,a1,…

При обоих методах циклической нумерации приемник системы контролирует номера принятых комбинаций. В тех случаях, когда номер принятой комбинации предшествует ожидаемому, принятая комбинация стирается, а в канал ОС передается сигнал подтверждения. Рассмотренная ситуация возникает при трансформации сигнала подтверждения на предшествующую комбинацию в сигнал запроса, что в отсутствие циклической нумерации привело бы к вставке комбинации. Если номер принятой комбинации соответствует номеру следующей после ожидаемой, что соответствует трансформации «переспроса» в «подтверждение», то приемник системы вырабатывает специальный сигнал о выпадении комбинации. По этому сигналу передача может быть прекращена, зафиксирован факт наличия выпадения или произведен повторный запрос на повторение.

Следовательно, процесс передачи кодовой комбинации может быть закончен в течение одного цикла выдачей получателю сообщений правильной или содержащей ошибку комбинации, а может продолжаться некоторое число циклов. Таким образом, работа системы с ОС и повторением передачи блоков представляют собой случайный процесс, удобным средством исследования которого является использование вероятностных графов. Подобно широко используемым в теории электрических цепей сигнальным графам, вероятностные графы состоят из некоторого числа узлов и соединяющих их направленных ветвей. Каждый из узлов вероятностного графа соответствует одному из характерных временных моментов состояния системы в процессе ее функционирования. Каждая из направленных ветвей отображает переход системы из одного состояния в другое.

Если из одного состояния системы в другое возможны переходы за время t1 с вероятностью p1, за время t2—с вероятностью p2 и за время tv—с вероятностью pv, то соответствующему ребру графа соотносят переходную функцию

19

Для анализа системы ПДС удобно предположить, что величины ti

кратны некоторой величине t, т. е. ti=ait, где ai,—целые числа. При этом в качестве единицы масштаба времени примем t — время передачи одной комбинации помехоустойчивого кода (n,k). Обозначив zt=x, можно

переходы описывать производящей функцией

Эффективность системы ПДС оценивается вероятностью выдачи ПС кодовых комбинаций с ошибками, временем задержки сообщений и скоростью их передачи.

Рис. 3.18. Вероятностный граф Рис. 3.19. Вероятностный граф

системы с РОС-ОЖ при идеаль- системы с РОС-ОЖ при канале ном канале ОС ОС с ошибками

Рассмотрим сначала случай передачи сообщения, состоящего из 5 кодовых комбинаций кода (n, k), при отсутствии ошибок в канале ОС.Соответствующий вероятностный граф, содержащий S+1 состояние системы, представлен на рис. 3.18. Каждое из S первых состояний системы соответствует передаче 1-й кодовой комбинации. Состояние S+1 характеризует окончание передачи сообщения, г. е. выдачи в ПС всех S кодовых комбинаций.

После приема сообщения каждой i-й кодовой комбинации и принятия по ней решения на выдачу ее ПС система переходит в состояние i+1. Если же принимается решение о переспросе, система остается в состоянии i. Обозначим вероятность принятия решения о выдаче информации ПС через рп, а решение о переспросе — рз=1—рп.

Будем считать, что эти вероятности зависят только от сигналов, соответствующих данной кодовой комбинации, и не зависят от ранее принятых решений. При этом по графу системы могут быть найдены производящая функция вероятностей перехода p(g, S) системы из состояния 1 в состояние S+1 за шагов ( ):

20

и производящая функция вероятностей перехода системы из состояния i в состояние i+1 за шагов:

Среднее число переданных по каналу комбинаций на одну (x=1) принятую комбинацию

Поскольку число комбинаций, поступающих в ПС, в раз меньше числа передаваемых комбинаций, вероятность выдачи ПС комбинации с необнаруженной ошибкой

где рош(п) —вероятность необнаруженной ошибки.

Так как скорость передачи данных, т. е. число символов выдаваемых ПС за единицу времени, в системах с ОС меняется в зависимости от состояния дискретного канала, различают текущую РT и среднюю Rср скорости. Текущая скорость определяется отношением числа двоичных символов, выданных с выхода системы ПС за время t, ко времени t. Средняя скорость есть величина, к которой стремится текущая скорость при достаточно больших t. В соответствии с этим определением и временной диаграммой на рис. 3.15.

где то—длительность единичного элемента; Nnp—число комбинаций, выданных ПС за время t; Nпер—число комбинаций, переданных по каналу за время t.С учетом того, что

где . Время tож=2tр+tо.с+tа.к+tа.с, где tp—время распространения сигнала по каналу; to.c—длительность сигнала обратной связи; tа.к, ta.c — время анализа комбинации и сигнала обратной связи.

21

Следовательно, система с РОС-ОЖ достаточно эффективна при , т. е. при работе со сравнительно длинными кодовыми комбинациями и небольшими скоростями передачи по каналам небольшой протяженности.

Время передачи сообщения длиной S кодовых комбинаций— время задержки сообщения в системе является случайной величиной и может быть охарактеризовано вероятностью задержки сообщения в системе на время, большее некоторой величины . Величину т целесообразно выбрать исходя из времени, необходимого для однократной передачи всего сообщения, которое, как следует из рис. 3.18, составляет

Так как при передаче сообщения возникает необходимость в повторных передачах некоторых кодовых комбинаций, время передачи всего сообщения увеличивается, что может быть учтено введением коэффициента числа повторений :

где =0, 1,2,...

Величину t . целесообразно принять в качестве . Вероятность приема всего сообщения после передачи по каналу комбинаций равна вероятности р( , S) перехода системы из состояния 1 в состояние S+1 за шагов. Поэтому вероятность задержки сообщения из S блоков в системе на время, большее , равна:

.

Вероятности р( , S) равна соответствующим коэффициентам разложения производящей функции fS(x) в степенной ряд:

Поэтому

С учетом получим при >5. Искомая вероятность задержки сообщения в системе составляет

22

Рассмотрим теперь более общий случай, когда обратный канал не идеален, т. е. в нем имеются ошибки. Введем следующие обозначения: рп.п

—вероятность получения сигнала подтверждения при передаче сигнала подтверждения; рз.п=1-pп.п—вероятность получения сигнала запроса при передаче сигнала подтверждения; рз.з— вероятность получения сигнала запроса при передаче сигнала запроса; рп.з=1—рз.з—вероятность получения сигнала подтверждения при передаче сигнала запроса.

Вероятностный граф, соответствующий передаче сообщения из 5 комбинаций, представлен на рис. .19. На нем показаны следующие состояния системы: 1 — начало передачи первой комбинация сообщения; 1’—принятие приемником системы решения о выдаче первой комбинации ПС и передача по каналу ОС сигнала подтверждения; 1"—принятие приемником системы решения о переспросе первой комбинации и передача по каналу ОС сигнала запроса; 2—прием сигнала подтверждения по первой комбинации и передача второй комбинации или прием сигнала

запроса по первой комбинации и повторная передача первой комбинации; 2', 2", 3 определяются аналогично; S+1—прием сигнала подтверждения по 5-й комбинации, т. е. конец передачи сообщения.Производящая функция перехода системы из состояния 1 в состояние S+1 за шагов ( ) имеет следующий вид:

где переходам системы из состояния i в состояние i’ и i" приписана переменная х, а переходам из состояний i’ или i" в состояния i или i+l—переменная у.

Вводя следующие обозначения: z=xy; р=рзрз.з+pпрз.п; Q=1—p=рпрп.п+pзрп.з,

получим

23

Следовательно, производящая функция для системы с РОС-ОЖ с неидеальным обратным каналом имеет тот же вид, что и для системы с идеальным обратным каналом. Поэтому полученные выше формулы справедливы и для системы с неидеальным обратным каналом при замене в них рз на р и рп на Q:

Рис. 3.30- Алгоритм работы РОС НПбл

А1 — запрос очередной комбинации от ИС; А2—запись очередной комбинации (информационной части) в Hпер емкостью h комбинаций; A3 — кодирование; А4 —

передача по ПК; А5 — прием из ПК; А6 — декодирование и запись принятой комбинации (информационной части) в Нпр; А7 — выдача комбинации из Нпр к ПС; А8

— формирование сигнала подтверждения; А9 — формирование сигнала переспроса и блокировка ПС на А блоков; А10 — передача по обратному каналу: A11—прием из обратного канала; А12 — дешифрирование сигнала ОС; А13—стирание предыдущей комбинации из Нпер; А14—блокировка ИС и повторение передачи h комбинаций из Нпер

Эти выражения показывают, что при незначительных вероятностях ошибок рп.з и рз.п 0 и соответственно рп.п и рз.з 1 параметры обратного канала практически не сказываются на значениях верности, скорости передачи и временных характеристиках системы.

24

Эффективность использования пропускной способности канала связи в системах с РОС—ОЖ сравнительно невелика, так как прямой канал простаивает в промежутки времени между передачами отдельных комбинаций в ожидании получения сигналов решения. Поэтому такие системы используют главным образом в тех случаях, когда определяющим является требование простоты (экономичности) аппаратуры. Стремление к более полному использованию каналов привело к разработке систем, в которых отсутствуют промежутки между передачей отдельных комби-наций.

1.1.2 Система с РОС и непрерывной передачей информации и блокиров-кой (РОС-НПбл)

Структурная схема системы РОС-НПбл аналогична схеме, представленной на рис. 3.13, алгоритм ее работы дан на рис. 3.20; времен-ные диаграммы – на рис. 3.21. Работа системы происходит следующим образом.

Рис. 3.21. Временные диаграммы работы системы ПД с РОС-НП бл:

При отсутствии сигнала переспроса к ИС от УУ идет сигнал готовности аппаратуры к передаче (ЗОК) и ИС соответственно выдает информационные комбинации (А1). Они поступают в кодер и

25

одновременно запоминаются в накопителе Нпер емкостью h комбинаций (при отсутствии сигнала переспроса информации в Нпер заменяется, сдвигаясь каждый раз на одну комбинацию) (А2).

На приеме информационная часть очередной комбинации будет записана в Нпр и одновременно декодер так же, как и в системе с РОС-

ОЖ, определит наличие или отсутствие ошибок в этой комбинации (АЗ...А6). Решающее устройство выдает соответствующий сигнал в УУ

приемника ПК. Если ошибка не обнаружена, то УУ ст. Б формирует команду подтверждения, которая передается по обратному каналу и

одновременно дает сигнал на вывод информационной комбинации из Нпр

потребителю (А7, А8). Получая сигнал подтверждения, передатчик ст. А продолжает непрерывную передачу информации. Если же ошибка

обнаружена, то УУ ст. Б формирует команду переспроса, передаваемую по обратному каналу на передатчик прямого канала ст. А (А9, А10).

При реализации такой системы возникают трудности, вызванные конечным временем передачи и распространения сигналов. Если в некоторый момент закончен прием комбинации, в которой обнаружена ошибка, то к этому моменту по прямому каналу уже ведется передача следующей комбинации. Если время распространения сигнала в канале превышает длительность комбинации, то к моменту окончания приема комбинации с ошибкой может закончиться передача одной или нескольких комбинаций, следующих за ней. Еще некоторое число комбинаций будет передано до того времени, пока будет принят и проанализирован сигнал переспроса по второй комбинации.

Так как передатчик повторяет лишь комбинации, по которым принят сигнал переспроса, то в результате повторения с запаздыванием порядок следования комбинаций, выдаваемых системой ПС, будет отличаться от порядка поступления комбинаций в систему. Но получателю комбинации должны поступать в том же порядке, в котором они передавались. Поэтому для восстановления порядка следования комбинаций в приемнике должны быть специальное устройство и буферный накопитель значительной емкости, поскольку возможны многократные повторения.

Во избежание усложнения и удорожания приемников системы с РОС-НП строят в основном таким образом, что после обнаружения ошибки приемник стирает комбинацию с ошибкой и блокируется на h комбинаций (т. е. не принимает h последующих комбинаций), а передатчик по сигналу переспроса повторяет h комбинаций (комбинацию с ошибкой и h—1 комбинаций, следующих за ней). Такие системы с РОС-НП получили название систем с блокировкой РОС-НПбл. Эти системы позволяют организовать непрерывную передачу кодовых комбинаций с сохранением порядка их следования. Поэтому одновременно с формированием сигнала переспроса УУ ст. Б блокирует (т. е. запрещает) вывод информации

26

потребителю из Нпр на время, равное h комбинациям (оценка величины h рассмотрена ниже).

Временная диаграмма для данного случая может быть проанализирована на примере обнаружения ошибки в комбинации 12 (рис. 3.21). Получив сигнал переспроса по обратному каналу, УУ ст. А ожидает конца передачи последней комбинации, во время которой получен этот сигнал. Затем ИС блокируется также на время передачи h комбинаций, а из Нпер в это время в канал через кодер передаются хранящиеся в накопителе последние h комбинаций (в примере на рис. 8.14 это комбинации 12, 13, 14). После их передачи ИС опять получает разрешение на передачу очередных комбинаций. Таким образом, последовательность передаваемых и принимаемых комбинаций не нарушается.

В соответствии с вышесказанным определим необходимую емкость накопителя Нпер из следующих соображений: каждый принятый по обратному каналу на ст. А сигнал переспроса соответствует комбинации, которая была передана tож секунд тому назад (см. рис. 3.21). Следовательно, для того чтобы начать повторную передачу с комбинации, в которой была обнаружена ошибка, необходимо в накопителе Нпер хранить информацию за последние (tбл+tож) секунд до момента получения сигнала переспроса. Таким образом, емкость накопителя

h (tож-tбл) /tбл или h 1+tож/tбл,

где tож+2tp+tан +tОС+tаОС

Так как h не может быть дробным числом, то h 2+Е[tож/tбл], где Е[а] —символ целой части а.

Рассмотренные системы РОС являются односторонними, так как передача информации ведется только в одну сторону: от ст. А к ст. Б. При работе по четырехпроводным каналам имеется возможность одновременной Передачи информации в двух направлениях.

Это оказывается возможным благодаря тому, что переспросы в системе с РОС-НПбл происходят сравнительно редко и подавляющую часть времени обратный канал может быть использован для передачи. Структурная схема двусторонней одновременной системы передачи с РОС-НПбл представлена на рис. 3.22, а временная диаграмма—на рис. 3.23. Обмен информацией в такой системе при отсутствии ошибок в дискретных каналах АБ и БА происходит в обоих направлениях независимо в следующей последовательности. Передатчик ст. А, запросив (сигнал ЗОК—запрос очередной комбинации) и получив информационную комбинацию от ИСд, вводит в нее избыточность (с помощью кодера) и передает по дискретному каналу АБ на ст. Б. Приемник ст. Б с помощью декодера декодирует кодовую комбинацию и выдает ее ПСв. Одновременно по дискретному каналу БА аналогичным образом происходит передача информации от ИСБ к ИСА. Такой режим функционирования системы (в условиях отсутствия ошибок) называют

27

режимом работы. При наличии ошибок в дискретных каналах передача информации осуществляется в режиме переспроса.

Рис. 3.22. Структурная схема двусторонней одновременной системы ПДС с РОС-НП бл

При приеме комбинации с ошибкой в любом направлении передачи (например, ошибка обнаружена в комбинации 3 направления от ст. А к ст Б, рис. 3.23) эта комбинация в Нпр ст. Б стирается и дальнейшая выдача информации ПС блокируется на время передачи h комбинаций. Управляющее устройство УУпр ст А передает .команду в УУпер ст. Б, которое: 1) останавливает передачу очередных комбинаций от ИС; 2) формирует и передает специальную комбинацию переспроса БП (см. на рис 3.23 БП сле дует за комбинацией Д); 3) выдает команду Нпер ст Б к повторению последних комбинаций Б, В, Г, Д, хранящихся там после чего разрешает ИС продолжить передачу очередных блоков Е, Ж, З, И, К, Л,…

Приняв БП от ст. Б на ст. А с помощью дешифратора БП УУпр блокирует выдачу сообщений ПС на h комбинаций и передает сигнал в УУпр ст. А. По этому сигналу УУпер ст А останавливает передачу очередных комбинаций от ИС и формирует и передает комбинацию Бп (на рис 3.23 БП следует за комбинацией 6); выдает команду Нпер ст- А к повторению последних h комбинаций 3, 4, 5, 6 хранящихся там, после чего разрешает ИСА

продолжить передачу очередных комбинаций 7 8 9 10,…Таким образом, появление обнаруженной ошибки даже в одном

28

направлении передачи информации приводит к блокировке приемников

Рис. 3.12.Временная диаграмма работы двусторонней одновременной системы ПДС с РОС-НП бл

двух направлений на длительность h комбинаций, после чего восстанавливается правильная передача комбинаций.

Определим необходимую емкость Нпер. Анaлогичнo предыдущему (см. рис. 3.23) время ожидания сигнала БП на неправильно принятую комбинацию tож=tр+tан+tбл+tp+tБП+tан. С учетом неправильно принятой комбинации 3, передаваемой в направлении АБ, длительность блокировки Tбл=tбл+tр+tан+tp+tбл+tБП+tан. Так как tбл=tБП. то Tбл=3tбл+2tр+2tан. Отсюда минимальная емкость накопителя hTбл/tбл или

h4+E[2(tp+tан)/ tбл]

где Е [а] - символ целой части а.

Подобно тому, как это было сделано для системы с РОС-ОЖ могут быть определены выражения для расчета основных параметров системы с РОС-НП. Скорость передачи в односторонней системе с идеальным обратным каналом определяется по формуле , из которой следует, что увеличение емкости накопителя h приводит к уменьшению скорости передачи.

Вероятность появления на выходе системы комбинации с необнаруженной ошибкой

,

где рош(n)—вероятность ошибочного декодирования, обеспечиваемая (п, k) кодом; pош(n) — вероятность появления комбинации с необнаруживаемой ошибкой среди комбинаций, принимаемых во время блокировки приемника.

Для системы с двусторонней одновременной передачей информации при одинаковых каналах прямого и обратного направлений передачи

,

29

Из сравнения этого выражения с аналогичным выражением для односторонней системы следует, что из-за малой вероятности переспросов (рз) скорость передачи в каждом из направлений двусторонней одновременной системы незначительно меньше, чем в односторонней. Это снижение скорости вызывается задержками передачи в каждом из направлений при возникновении ошибок в противоположном направлении.

1.1.3 Система с РОС и адресным переспросом РОС-АП Во всех рассмотренных выше системах с РОС с целью обеспечения

сохранения порядка следования кодовых комбинаций в принимаемом сообщении для определения местоположения забракованной комбинации используется момент прихода служебной комбинации БП. При каждом переспросе повторно передается минимально одна комбинация (например, в системе с РОС-ОЖ) или блок из нескольких кодовых комбинаций (например, в системе с РОС-НПбл). Так как при передаче сообщений с большой скоростью модуляции и на большие расстояния обычно используются системы с РОС-НПбл, то скорость передачи в таких системах при больших значениях h резко уменьшается при росте вероятности обнаруживаемых ошибок, так как при этом резко возрастает число переспросов. Для уменьшения объема информации, повторяемой при переспросах, были разработаны системы с РОС и адресным переспросом (РОС-АП). В этих системах передача информации осуществляется блоками и в приемнике имеется память на весь блок с регистрами для каждой комбинации. Приемник системы РОС-АП вырабатывает сигнал переспроса адресов (условных номеров) комбинаций, в которых обнаружены ошибки, т. е. осуществляет адресный переспрос. В соответствии с этими адресами передатчик повторяет только забракованные комбинации, а не весь блок.

Структурная схема системы РОС-АП представлена на рис. 3.24, а ее алгоритм—на рис. 3.25.

Рис. 3.24. Структурная схема системы ПДС с РОС-АП30

По сигналу запроса сообщение от ИС поступает блоком из т комбинаций (А1). Сообщение на ст. А кодируется кодером, направляется в прямой канал связи и одновременно записывается в накопитель Нm пер емкостью т комбинаций (А2, A3). Принятое на ст. Б сообщение сначала по одной комбинации записывается в приемный накопитель Hi емкостью в одну комбинацию (А4— А5) и декодируется (А6, А7). Если при декодировании комбинации ошибки не обнаруживаются, то УУпр переписывает комбинацию из H1 в накопитель Hm пр емкостью т комбинаций (А8). При этом комбинация размещается в регистре, который соответствует ее месту (номеру) в блоке данных. Если же фиксируется наличие ошибки, то УУпр

стирает комбинацию из накопителя H1 и соответствующий этой комбинации регистр в Нт пр остается свободным. Номера комбинаций с ошибками запоминаются в Надр.И. После окончания приема всего блока адреса искаженных комбинаций (2 и 5 на рис. 3.26) по команде УУпр через шифратор сигналов обратной связи ШСОС передается по обратному каналу ;(А9, А10, А13, А14). В передатчике ст. А они после дешифратора ДСОС запоминаются в накопителе адресов запрошенных блоков Надр.З

(А15...А17). Под управлением УУпер в соответствии с этими адресами из Нm

пер по прямому каналу передаются нужные комбинации с адресами. Источник информации при этом соответственно блокируется УУпер

(А18...А20).

31

Принятые на ст. Б повторенные комбинации опять проверяются на наличие ошибок, а сопровождающие их адреса записываются в Надр.И и сравниваются с адресами искаженных комбинаций (А21, А22). Если ошибок ни в адресах, ни в комбинациях нет, то принятые комбинации записываются в соответствующие регистры Нm пр (А23). Если обнаруживается ошибка в адресе или в комбинации, то процесс переспроса повторяется.

Рис. 3.25. Алгоритм системы ПД с РОС-АП:

А1 — запрос очередного блока комбинаций от ИС; А2 — запись очередного блока в Н m пер; A3 — кодирование; А4 — передача по прямому каналу связи ПК; А5 — прием из ПК; А6— декодирование; А7—запись одной комбинации (информационной части); в H1; A8—запись комбинации в Нm пр из H1; A9—контроль конца передачи блока комбинаций; А10—проверка занятости регистров Нm пр; All—выдача блока из Нm пр к ПС; А12—формирование сигнала подтверждения; А13 — формирование сигнала переспроса с адресами искаженных комбинаций и запрещение выдачи блока комбинаций из Нm пр к ПС; А14 — передача по обратному каналу; А15—прием из обратного канала; А16—дешифрование сигнала ОС; А17—стирание предыдущего блока комбинаций в Надр.З; А18—блокировка ИС и запись адресов запрещенных комбинаций в Надр.И; А19—извлечение из Нm пер комбинации по принятым адресам; А20 — повторение передачи запрошенных комбинаций с адресами; А21 - запись адресов повторенных комбинаций в Надр.И; А22 — сравнение адресов искаженных комбинаций с адресами в Надр.И и определение ошибки в повторенных комбинациях; А23—определение адреса комбинации с ошибкой, запись адреса в Надр.И и стирание комбинация из H1

32

Рис. 3.26. Временная диаграмма работы системы ПД с РОС-АП

Когда все регистры накопителя Hm np будут заполнены, что свидетельствует о правильном приеме всего блока (или с необнаруженной ошибкой), то УУпр формирует и передает по обратному каналу сигнал подтверждения, а информация из Hm np выдается ПС (All, A12). Получив сигнал подтверждения, УУпер разрешает ИС выдать очередной блок информационных комбинаций и стирает предыдущий блок в Hm np.

Выражения для расчета скорости передачи и вероятности ошибочного приема комбинации в системе с РОС-АП при идеальном обратном канале получается аналогично тому, как это было сделано выше для системы с РОС-ОЖ, а именно:

,

где tср—среднее время, затрачиваемое на переспросы и ожидание сигнала подтверждения при передаче одного блока из m комбинаций.

Достоинством систем с РОС-АП помимо уменьшения потерь времени на повторения, является практически полная независимость (при условии накопителя большой емкости) от длины линии, что особенно существенно, например, при передаче по космическим каналам связи (через ИСЗ). Кроме того, если потребитель информации допускает браковку нескольких знаков в кодограмме при условии указания адресов забракованных знаков, то системы с РОС-АП позволяют обеспечить при этом более эффективное использование пропускной способности канала по сравнению с системами с РОС-НП. Действительно, в системах с РОС-НП, несмотря на наличие указанного допущения, число забракованных знаков путем переспросов все равно будет доводиться до нуля, а в системах с РОС-АП алгоритм может быть построен так, что подтверждение на прием блока (квитанция) будет выдаваться в том случае, когда число забракованных знаков в кодограмме не превышает установленного ПС предела.

33

От ИС

ст.А 1 2 3 4 5 m 1 2 3 4 5 m 1 2

Передпрямогост. А 1 2 3 4 5 m 2 5 1 2 3 4 5 m

Приёмпрямогост. Б 1 2 3 4 5 m 2 5 1 2 3 4 5 m

Нm ст.Б 1 3 4 m 2 5 1 2 3 4 5 m

Передатчикобратного ст.Б 2 5

Приемникобратного 2 5ст.А

к ПС 1 2 3 4 5 m 1 2

Рис. 3.27. Структурная схема системы ПД с ИОС-ОЖ (укороченная ИОС):УС — устройство сравнения; СС — служебный сигнал

Недостатком систем с РОС-АП является более сложный алгоритм обработки информации в передатчике и приемнике аппаратуры ПД по сравнению с алгоритмом систем с РОС-НП и, как следствие, большая сложность технической реализации. Кроме того, трансформация служебных команд информационных кодовых комбинации в служебные и обратная трансформация служебных команд могут приводить к искажениям сообщений, вставкам и выпадениям. Поэтому применяются меры по защите служебных команд от искажений, что влечет за собой некоторое снижение скорости передачи информации. В связи с вышеизложенным применение систем с РОС-АП экономически было оправдано только на линиях большой протяженности и с высокой вероятностью ошибок.

Применение программных методов позволяет преодолеть связанные со сложностью алгоритма недостатки, что открыло дорогу внедрению систем РОС-АП в практику.

Перейдём теперь к различиям в способах коммутации пакетов, т.е. реализации 3-го уровня ЭМВОС. Здесь различия наиболее существенные.

В архитектуре МСЭ-Т за маршрутизацию (доставку пакетов по адресу) отвечает третий (сетевой) уровень (Рек. Х.25). Предусматривается создание виртуальных соединений или каналов от источника до получателя, а затем по этому соединению

34

передаются пакеты. Такой режим называется виртуальным режимом КП и по принципам напоминает традиционную коммутацию каналов (КК). В архитектуре TCP/IP реализуется другой подход, называемый дейтаграммным режимом КП. Этот режим резко упрощает задачу маршрутизации, но порождает проблему сборки сообщений из пакетов, т.к. пакеты одного сообщения могут доставляться по разным маршрутам и поступать к получателю в разное время. Дейтаграммный режим КП по принципам напоминает коммутацию сообщений (КС).

35

1.1.4 Коммутация каналов и пакетовРассмотрим разницу между видами коммутации, используемыми в

современных сетях. В результате любого установления соединения в сети с коммутацией

каналов появляется отдельный физический коммуникационный канал, соединяющий аппаратуру вызвавшего и вызванного абонентов и используемый в течение всего периода вызова исключительно двумя указанными абонентами. Примером сети с коммутацией каналов может служить коммутируемая телефонная сеть общего пользования (КТСОП); все соединения, установленные с помощью КТСОП, являются фактически соединениями типа коммутации каналов.

В контексте передачи данных для соединения коммутацией каналов характерна эффективность обеспечения пользователей каналом, обладающим фиксированной скоростью передачи данных, что вынуждает обоих абонентов работать с той же скоростью. Кроме того, прежде чем передавать данные по такому соединению, необходимо сначала установить само это соединение в сети. В настоящий момент время, требуемое для установления соединения в КТСОП, относительно велико (десятые доли секунды), что обусловлено типом аппаратуры, используемой в каждом коммутаторе. Поэтому при передаче данных сначала устанавливают соединение, которое затем держат открытым на период всей транзакции. Однако с появлением новых управляемых компьютерами коммутаторов в сочетании с применением цифровой передачи по всей сети время установления соединения в КТСОП станет значительно короче (десятые доли миллисекунды). Более того, распространение цифровой передачи и на аппаратуру абонента означает, что на выходных точках каждого абонента станут доступны высокоскоростные (порядка 64 кбит/с и выше) коммутируемые тракты передачи данных. Поэтому станет возможным применение аппаратуры пользователя, не прибегая к модемам. Образованную в результате цифровую КТСОП можно рассматривать и как сеть данных с коммутацией каналов СДКК. Поскольку такая сеть может обеспечить цифровое представление как речи (голоса человека), так и данных, то она может рассматриваться и как цифровая сеть с интеграцией услуг (ЦСИУ).

36

Хотя время установления соединения в полностью цифровой сети с коммутацией каналов сравнительно невелико, все же получающееся в результате соединение обеспечивает только фиксированную скорость передачи данных, с которой оба абонента должны передавать и получать данные. В отличие от этого в сетях с коммутацией пакетов два взаимодействующих абонента (ООД) могут функционировать с различной скоростью, так как скорость, с которой данные передаются через интерфейс в сеть, независимо определяется аппаратурой каждого из абонентов. Кроме того, в сетях с коммутацией пакетов никакое физическое соединение не устанавливается. Вместо этого исходный ООД сначала собирает все подлежащие передаче данные в один или несколько блоков сообщений, называемых пакетами; эти пакеты содержат сетевые адреса и исходного, и приемного ООД. Затем исходный ООД передает последова-тельно эти пакеты своему локальному центру с коммутацией пакетов (ЦКП). Последний, получив каждый пакет, сначала записывает его в свою память (запоминает пакет), а потом исследует содержащийся в пакете адрес требуемого получателя. Каждый ЦКП содержит справочник маршрутов, специфицирующий выходные пути (звенья данных) каждого сетевого адреса. Таким образом, ЦКП, получив пакет, продвигает его дальше по соответствующему звену с максимально возможной скоростью. Этот режим функционирования называют часто режимом передачи пакетов с промежуточным накоплением.

Аналогично по мере того, как каждый пакет поступает (и запоминается) в каждый из расположенных вдоль выбранного маршрута ЦКП, он передается по требуемому звену вперемежку с другими пакетами. После поступления в конечный ЦКП, определяемый по содержащемуся в пакете адресу получателя, пакет передается приемному ООД.

Описанную процедуру иллюстрирует рисунок3.1. Как видно из него, каждая полная транзакция занимает лишь (случайную) долю времени передачи каждого звена, так как пакеты от одного источника перемежаются на различных звеньях с пакетами от других источников. В крайних случаях требуемое время передачи транзакции по звену колеблется от нуля, когда пользователь не передает никаких данных, до непрерывной передачи данных.

37

Как видно из рисунок 3.1, может возникнуть ситуация, при которой в ЦКП одновременно по разным звеньям прибывают несколько пакетов, причем все они должны быть переданы по одному и тому же звену. Очевидно, что если несколько особенно длинных пакетов ждут передачи по одному и тому же звену, то другим пакетам придется ждать непредсказуемо долго. Во избежание таких ситуаций и, следовательно, для обеспечения устойчиво быстрого ответа устанавливается максимально допустимая длина пакета. Именно по этой причине при использовании сетей с коммутацией пакетов сообщение, поступающее внутри ООД в транспортный уровень, может быть перед отправкой сначала расчленено исходным элементом транспортного протокола на более мелкие порции; наоборот, в приемном ООД корреспондирующий элемент транспортного протокола соберет эти порции в одно сообщение. Конечно, все это должно быть прозрачно для пользователя транспортного уровня.

Другое отличие между СДКП и СДКК заключается в том, что в СДКК сеть не позволяет управлять ошибками и потоком передаваемых данных и, следовательно, это должно быть реализовано самим пользователем. Наоборот, в СДКП сетевые ЦКП обеспечивают в каждом звене сложные процедуры управления ошибками и потоком, а потому класс служб СДКП значительно выше класса служб СДКК.

Из приведенных рассуждений можно заключить, что для коммутации пакетов и каналов пользователи задействуют службы двух разных типов. Следовательно, даже в полностью цифровых сетях следует применять оба типа служб, выбор которых будет зависеть от самого пользователя.

38

Рис. 3.1-Схема коммутации пакетов

1.1.5 Датаграммы и виртуальные каналы

39

Как правило, СДКП обеспечивает два режима обслуживания: датаграмм и виртуального вызова (канала). Разница между ними аналогична разнице между обменом сообщениями посредством посылки писем и посредством телефонного вызова. В первом случае письмо, содержащее сообщение, рассматривается почтовым ведомством как самостоятельный элемент, поставка которого независима от любых других писем. В случае же телефонного вызова сначала в сети устанавливается коммуникационный путь и только потом имеет место обмен сообщениями.

Служба датаграмм аналогична посылке сообщений с помощью писем, так как каждый пакет, поступающий в сеть, рассматривается как самостоятельный, замкнутый элемент, никак не связанный с другими пакетами. Каждый пакет просто принимается и передается дальше только что описанным методом, и, следовательно, служба датаграмм используется главным образом для передачи коротких однопакетных сообщений.

Рисунок 3.2- Логические каналы и виртуальные вызовы

40

Если пакет содержит несколько сообщений, то, как правило, применяется виртуальный вызов. Он аналогичен передаче сообщений с помощью телефонного вызова, так как до посылки какой-либо информации (пакетов данных), связанной с вызовом, исходный ООД сначала передает своему локальному ЦКП специальный пакет запроса, который помимо сетевого адреса приемного ООД содержит определенный номер, называемый идентификатором логического канала (ИЛК). Сначала ЦКП отмечает у себя этот идентификатор, а потом, как и ранее, передает пакет дальше по сети. В приемном ЦКП пакету запроса на вызов присваивается новый ИЛК, после чего пакет передается затребованному приемному ООД. Далее, если вызов принят, вызывающему ООД возвращается соответствующий ответный пакет. Говорят, что в этот мо-мент между двумя ООД установлен виртуальный вызов. Затем наступает фаза передачи данных и всем последующим пакетам данных, связанным с этим вызовом, на каждом из интерфейсов подключения к сети присваиваются те же идентификаторы. Данным способом и исходный, и приемный ООД могут легко различать пакеты, поступающие по одному и тому же звену, но принадлежащие разным вызовам. Таким образом, пакеты, принадлежащие одному и тому же вызову, могут быть переданы пользователю (транспортному уровню) в том же порядке, в котором они были введены. Связь между логическим и виртуальным каналами можно проследить по рисунку 3.3.

Может показаться, что виртуальный канал совпадает с соединением, установленным в сети с коммутацией каналов; между тем виртуальный канал, как это следует из самого названия, — чисто концептуальное понятие. Более того, поскольку СДКП может дополнительно использовать процедуры управления потоком и ошибка-ми как на пакетном уровне, так и на уровне звена, класс служб, поставляемых виртуальным каналом, очень высок. Это обеспечивает очень высокую вероятность того, что все пакеты, относящиеся к некоторому конкретному вызову, будут доставлены без ошибок, в правильном порядке и без дубликатов. Обычно после обмена всеми данными, связанными с вызовом, виртуальный канал и соответствующие идентификаторы логического канала освобождаются. Однако виртуальный канал может быть сохранен, так что пользователь, нуждающийся в частом общении с другим пользователем, не будет вынужден устанавливать виртуальный канал каждый раз заново. Это называется постоянным виртуальным каналом, и хотя пользователь должен платить за это средство, стоимость каждого вызова определяется только объемом переданных данных. Как отмечалось выше, для сетей с коммутацией каналов, как правило, плата зависит от дальности и длительности вызова.

41

Одним из старейших методов передачи данных является использование выделенных каналов связи [7]. Оператор связи выделяет фиксированный канал, который постоянно доступен для передачи данных с определенной скоростью. Изначально выделенные каналы связи использовались только для осуществления связи между двумя точками (то есть для связи типа точка-точка). Однако в настоящее время применение интеллектуальных устройств, таких как маршрутизаторы, позволяет осуществлять динамическое управление полосой пропускания между несколькими пользователями, что необходимо при организации связи двух локальных сетей.

Проведём сравнения виртуального и дейтаграммного методов КП по следующим характеристикам:

– установление соединения;– адресация;– процедура передачи пакета по сети;– управление входным потоком сообщений;– эффективность использования сетевых ресурсов.Установление соединения. При виртуальной КП до передачи сообщения

устанавливается логическое соединение между взаимодействующими объектами транспортного уровня (а возможно и более высоких уровней ЭМВОС). Этот логический канал запоминается в маршрутных таблицах всех центров коммутации пакетов (ЦКП), которые участвуют в соединении. Пакеты передаются только по установленному логическому каналу, поэтому порядок их следования при этом не нарушается.

При дейтаграммной КП логического соединения не устанавливается, поэтому пакеты одного сообщения передаются по тем маршрутам, которые оптимальны в данный момент, т.е. возможно разными маршрутами. Проблема сборки сообщения из пакетов решается на транспортном уровне (4 уровень по ЭМВОС).

Адресация. При виртуальном режиме КП полный адрес объекта-получателя передаётся только при установлении логического соединения, т.е. с первым пакетом. Получив этот пакет, объект-получатель извещает отправителя о согласии на проведение сеанса связи (или несогласии). Создаётся логическое соединение и передаются остальные пакеты, содержащие только номер логического канала.

При дейтаграммном режиме КП каждый передаваемый пакет обязательно должен содержать полный адрес получателя (и отправителя) и номер пакета в сообщении.

Передача пакета по базовой сети ПД. Виртуальный режим КП предусматривает выделение специальной базовой сети передачи данных (ПД) и передачу пакетов в этой сети ПД по готовому логическому каналу, создаваемому по инициативе транспортного уровня.

При дейтаграммном режиме каждый пакет передаётся по разным маршрутам, что позволяет эффективнее использовать сетевые ресурсы, т.к. в больших сетях загрузка каналов меняется очень быстро, поэтому маршрут доставки желательно корректировать чаще. В данном случае можно построить глобальную сеть без выделения отдельной базовой сети ПД.

42

Управление входящим потоком. При виртуальном режиме КП управление потоком входящих сообщений (но не пакетов) возможно лишь на входе виртуального канала, т.е. на конкретном центре коммутации пакетов для данного сообщения.

Дейтаграммный режим КП является более гибким и позволяет управлять входящим потоком сообщений практически с любого ЦКП, что улучшает гибкость управления.

Эффективность использования сетевых ресурсов. В виртуальном режиме КП оптимальный маршрут выбирается только в момент установления логического соединения, поэтому при быстром изменении ситуации на сети путь, оптимальный для первого пакета сообщения, может быть не оптимальным для последующих пакетов одного и того же сообщения.

При дейтаграммном режиме коррекция маршрута производится чаще, что позволяет более равномерно загрузить каналы всей сети и, в конечном счёте, уменьшить время доставки сообщения.

1.2. Анализ приложений сетевых архитектур

Сфера применения архитектур Х.200 и TCP/IP определяется их свойствами, которые порождают основные достоинства и недостатки используемых сетевых архитектур.

Так к основным достоинствам архитектуры МСЭ-Т следует отнести:– возможность реализации сетей даже на плохих каналах связи, за счёт развитой

системы защиты от ошибок и сбоев;– возможность работать в реальном масштабе времени, простота реализации

режима диалога и передачи речи в цифровой форме, поскольку задержки в доставке пакетов одного и того же сообщения незначительны;

– высокая степень стандартизации протоколов на всех уровнях, что упрощает построение ИВС заданных размеров с требуемыми показателями качества обслуживания.

Недостатки архитектуры МСЭ-Т следующие:– высокая избыточность за счёт большого объёма необходимой служебной

информации;– необходимость реализации большого набора достаточно сложных протоколов

взаимодействия, причём отсутствие хотя бы одного протокола приводит к невозможности передачи данных;

– существенные трудности при организации взаимодействия различных сетей, особенно при различной сетевой архитектуре.

Рассмотрим теперь основные достоинства и недостатки архитектуры TCP/IP.Достоинства архитектуры TCP/IP:

43

– небольшие затраты на реализацию протоколов взаимодействия за счёт меньшего набора требуемых протоколов;

– существенное упрощение процедуры маршрутизации, что снижает стоимость базовой сети передачи данных за счёт использования более простых ЦКП;

– возможность построения крупномасштабной ИВС с использованием разнотипного оборудования;

– возможность реализации взаимодействия различных сетей с применением простых алгоритмов согласования.

К недостаткам архитектуры TCP/IP можно отнести:– возможность реализации только при использовании «хороших» каналов связи

(желательно выделенных);– необходимость решения проблемы сборки пакетов, которые могут поступать

на транспортный уровень в произвольном порядке;– возможность потери сообщения из-за несвоевременной доставки одного из

пакетов этого сообщения;– усложнение прикладных программ пользователя за счёт введения процедур

контроля и исправления ошибок в получаемых сообщениях.Теперь, опираясь на проведённый анализ, можно определить сферу применения

сетевых архитектур.Сетевая архитектура МСЭ-Т эффективна при применении «плохих» каналов

связи, необходимости работы в реальном масштабе времени и однородной структуре оборудования, причём основным выступает качество каналов связи. Поэтому у нас получили распространение сети с использованием архитектуры МСЭ-Т (например, сеть РОСПАК).

При построении глобальных сетей, когда решающим фактором выступает простота согласования работы различных национальных сетей, реализуемых, как правило, на разнотипном оборудовании, наиболее эффективно применение архитектуры TCP/IP, данный вывод подтверждается практикой, т.к. в Internet используют именно архитектуру TCP/IP.

Контрольные вопросы по главе

1. Каковы основные требования к сетевым архитектурам?2. Проведите сравнение сетевых архитектур по стекам протоколов.3. Проведите сравнение архитектур Х.200 и TCP/IP по идеологии защиты от

ошибок.4. Проведите сравнение виртуального и дейтаграммного режимов КП.5. Дайте анализ достоинств и недостатков сетевых архитектур Х.200 и TCP/IP.

Приведите область их применения.

44

2. АРХИТЕКТУРА ГЛОБАЛЬНОЙ СЕТИ Internet

2.1. Общие сведения. История появления Internet

45

Internet является крупнейшей в мире некоммерческой структурой и представляет собой объединение национальных сетей с целью достаточно быстрой доставки информации между пользователями, расположенными практически в любой точке Земного Шара.

Дословно термин «Internet» означает «между сетей». Это отражает основную функцию Internet — объединение не только отдельных ЭВМ (хост-машин), но и обеспечение связи между различными сетями в глобальном масштабе. Это объединение даёт возможность обмена информацией между всеми ЭВМ, входящими в сети, подключённые к Internet. При этом не важно в какой операционной системе работают хост-машины (Windows, UNIX и т.п.).

Определение. Internet — сеть, объединяющая отдельные локальные, региональные, национальные и глобальные сети.

Сеть Internet начала своё существование в 1982 году, когда были объединены такие крупнейшие национальные сети, как ARPANET, NFSNET и ряд других государственных сетей США, причём основной являлась ARPANET.

Сеть ARPANET была принята в эксплуатацию в 1969 году для целей министерства обороны США и обеспечила объединение больших и супер-ЭВМ военных и научно-исследовательских центров. В середине 70-х годов правительство США и крупные научно-исследовательские фонды начали развитие крупной компьютерной сети NFSNET, которая объединила ведущие научно-исследовательские центры и университеты США, затем к ним подключилась и организация по проведению космических исследований NASA.

Объединение ARPANET и NFSNET послужило началом создания Internet, причём логической основой (сетевой архитектурой) выступили протоколы сети ARPANET, т.е. TCP/IP. Сейчас Internet составляют 11000 различных национальных сетей, связывая более 1 млн. ПЭВМ различных типов в 110 странах мира. Более 10 млн. пользователей регулярно используют ресурсы Internet, а число получающих сообщения через эту сеть достигает 20 млн. человек.

Сама сеть Internet не имеет владельца, однако, она соединяет множество сетей ЭВМ, которые имеют своих владельцев. Многие из таких сетей ЭВМ (либо отдельные хост-ЭВМ) предоставляют на коммерческой основе различную информацию, полезную во многих сферах жизнедеятельности человека. Эта информация накапливается в информационных банках национальных сетей, а доступ обеспечивается средствами Internet, что, собственно, и обеспечивает всемирную популярность Internet.

Кратко рассмотрим основные службы Internet. Самой массовой и простой службой Internet является электронная почта (e-mail), которая по принципам работы во многом напоминает обычную почту.

Другая служба — служба телеконференций USENET. Фактически это набор различных групп пользователей по интересам, где возможно обсуждение практически любых вопросов (литература, наука и т.д.).

Следующей мощной службой Internet являются системы доступа к библиотечным банкам данных. Так через сеть Internet можно получить доступ к Большой Британской Энциклопедии, библиотеке Конгресса США, а также к основным библиотекам университетов всего мира, что позволяет найти практически любую информацию, которая имеется в книгах, журналах, статьях, диссертациях и т.д.

Следующей службой является технология World Wide Web (дословно «всемирная паутина»), которая с помощью гипертекстовой системы обеспечивает удобный графический интерфейс практически любой информации.

Другой мощной службой Internet является доступ к FTP-архивам, которые содержат различное программное обеспечение.

46

Наиболее «старым» сервисом является служба Telnet, которая обеспечивает интерактивный доступ к удалённым вычислительным ресурсам, причём пользователь воспринимает работу на удалённой ЭВМ, как взаимодействие со своей ПЭВМ.

В последнее время Internet реализует некоторые чисто коммерческие службы, например, заказ товаров, резервирование авиабилетов, доставка подарков и т.д.

В разделе 3 сервисные возможности Internet будут рассмотрены подробнее.Как уже отмечалось, Internet не имеет владельца, поэтому расчёт за услуги этой

сети производится с хозяином информационных ресурсов, ну и конечно оплачиваются используемые связные ресурсы национальной сети.

2.2. Обобщённая структура сети Internet

Все сети, входящие в состав Internet делятся на три класса:– локальные вычислительные сети. Они обозначаются — LAN (Local Area

Network);– региональные (корпоративные) сети, обозначаются — MAN (Metropolitan

Area Network);– глобальные национальные вычислительные сети, обозначаются — WAN (Wide

Area Network).Если ЛВС имеет непосредственное подключение к Internet, то каждая рабочая

станция ЛВС тоже имеет выход в Internet.Определение. ЭВМ, имеющая самостоятельное подключение к Internet,

называется хост-машиной или просто хост (от английского host — хозяин).

Каждая хост-машина получает в Internet свой адрес, по которому эту ЭВМ можно найти практически из любой точки мира.

Таким образом, Internet представляет собой совокупность взаимосвязанных хост-машин и локальных вычислительных сетей (ЛВС).

В архитектуре Internet отдельные сети (ЛВС, региональные и глобальные) соединяются друг с другом специальными устройствами — коммутаторами IP-пакетов.

Определение. Устройства объединения сетей в рамках Internet называются IP-шлюзами, или IP-маршрутизаторами, или (чаще) Router.

Шлюзы обычно реализуются программно на ПЭВМ общего назначения. Шлюз подключается к двум или более сетям, каждая из которых воспринимает этот шлюз как хост-ЭВМ. Поэтому шлюз имеет физический интерфейс и специальный IP-адрес в каждой из подключаемых сетей. Передача пакетов требует от шлюза определение IP-адреса следующего шлюза или, на последнем участке, IP-адреса хост-машины, которой направляется IP-пакет. Функция шлюза, которая обычно называется маршрутизацией, основана на анализе специальных маршрутных таблиц (матриц маршрутов), которые находятся в специальной базе данных. База данных в каждом из шлюзов должна постоянно обновляться, чтобы отражать текущую топологию сети Internet.

На рис. 2.1. представлена обобщённая структура Internet, где показано подключение различного вида сетей к глобальной сети.

Как видно из рис. 2.1, с помощью IP-шлюзов могут быть объединены сети произвольной топологии, одноранговые (кольцевая ЛВС) и с выделенным файл-сервером (шинная ЛВС на рис. 2.1), хост-машина и MAN, кроме того, все эти объекты подключаются к глобальной сети, например, Internet.

47

WS WS WS WS FS…

LANWS

WS

WS

WS

Routerк LAN

MAN

Router

Хост ЭВМ

к WAN

LAN

Router

к LAN

Обозначения:LAN — локальная вычислительная сеть; MAN — региональная ИВС; WAN — глобальная ИВС; WS (Work Station) — рабочая станция ЛВС; FS (File Server) — файл-сервер; Router — IP-маршрутизатор (шлюз/ЦКП).

Рис. 2.1. Фрагмент сети Internet

Основные протоколы семейства TCP/IP приведены на рис. 2.2. Согласно рис. 2.2 одни протоколы верхнего уровня (например, Telnet и FTP) зависят от ТСР, а другие (например, TFTP и RPS) — от UDP. Большинство из них используют только один из этих транспортных протоколов, но некоторые (например, DNS) — оба.

2.3. Система адресации в Internet

К адресам всех хост-машин, подключённых к Internet, предъявляются следующие требования:

– все адреса должны допускать автоматическую обработку;– адреса должны содержать хотя бы минимальную информацию об их владельце.По приведённым причинам в Internet у каждой хост-машины имеется два адреса:

это дружественный (удобный) для ЭВМ цифровой IP-адрес и дружественный пользователю доменный адрес. Обе системы адресов применяются равноценно.

2.3.1. Система IP-адресов (цифровые адреса)

IP-адрес является некоторым числом, выраженным в двоичной системе. Этот адрес содержит 4 байта или 32 двоичных разряда. Принято каждый байт адресной последовательности записывать в виде десятичного числа, например, IP-адрес одной из хост-машин Российского научного центра — «Курчатовский институт», выглядит следующим образом: 144.206.160.32.

Каждое из этих чисел содержит определённую адресную информацию: адрес сети и номер хост-ЭВМ.

Существует 5 классов IP-адресов, которые описываются количеством разрядов в сетевом номере и номере хост-ЭВМ. Класс адреса определяется значением его первого байта. В табл. 2.1. приведены существующие классы IP адресов.

48

NNTP POP TELNET SMTP

FTP RPC DNS TFTP

SNMP

NFSУровень приложений

TCP UDPТранспортный уровень

GGP RIP “Hello” OSPF

IS-IS

IGPIPICMPEGP BGP

Межсетевой уровень

RARPARP X.25/3Сетевой уровень (X.200)

IEEE 802 SLIP PPP Frame Relay ATM X.25/2 (LAP-B)Канальный уровень

X.20; X.20 bis X.21; X.21 bis

Физический уровень не определён

Обозначения:

NFS — Network File System — сетевая файловая система; NNTP — Network News Transfer Protocol — протокол сетевой передачи новостей; РОР — Post Office Protocol — протокол почтового отделения; TELNET — Terminal Networking — протокол и программные средства, позволяющие подключаться к удалённой машине и работать с ней через эмулируемый терминал; SMTP — Simple Mail Transfer Protocol — простой протокол электронной почты; FTP — File Transfer Protocol — протокол передачи файлов; RPC — Remote Procedure Call — вызов удалённых процедур; DNS — Domain Name Service — служба именования доменов; TFTP — Trivial File Transfer Protocol — простейший протокол передачи файлов; SNMP — Simple Network Management Protocol — простой протокол управления сетью; TCP — Transmission Control Protocol — протокол управления передачей данных; UDP — User Datagram Protocol — протокол пользовательских дейтаграмм; EGP — Exterior Gateway Protocol — протокол внешней маршрутизации; BGP — Border Gateway Protocol — протокол граничных маршрутизаторов; IP — Internet Protocol — межсетевой протокол; ICMP — Internet Control Message Protocol — межсетевой протокол управляющих сообщений; IGP — Interior Gateway Protocol — внутренний протокол маршрутизации; GGP — Gateway to Gateway Protocol — протокол маршрутизатор–маршрутизатор; RIP — Routing Information Protocol — протокол для передачи маршрутной информации; “Hello” — реализация протокола внутренней маршрутизации; OSPF — Open Shortest Path First — открытый протокол предпочтения кратчайшего пути; IS-IS — Intermediate System to Intermediate System Protocol — протокол маршрутизации, выполняющий маршрутизацию данных IP и МОС; ARP — Address Resolution Protocol — протокол преобразования адресов; RARP — Reverse Address Resolution Protocol — протокол обратного преобразования адресов; Х.25/3 — протокол пакетного уровня сети передачи данных; IEEE 802 — Institute of Electrical and Electronics Engineers 802 — Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике 802; SLIP — Serial Line Internet Protocol — межсетевой протокол для последовательного канала; РРР — Point-to-Point Protocol — протокол точка–точка; Frame Relay — сетевой механизм для быстрой пересылки кадров; ATM — Asynchronous Transfer Mode — режим асинхронной пересылки; Х.25/2 (LAP-B) — протокол для управления передачей кадров (Link Access Procedures Balanced — сбалансированные процедуры доступа к каналу); Х.20; Х.20 bis — сопряжение оборудования обработки данных с асинхронными модемами; Х.21; Х.21 bis — сопряжение оборудования обработки данных с синхронными модемами.

Рис. 2.2. Основные протоколы семейства TCP/IP

Таблица 2.1.

49

КлассДиапазоны

значений первого байта

Возможноеколичество сетей

Возможное количество

хостовА 1÷126 126 16 777 214В 128÷191 16 382 65 534С 192÷223 2 097 150 254D 224÷239 — —E 240÷247 — —

Адреса в цифровом виде представлены в табл. 2.2.

Таблица 2.2.Разряд

ы 0 1 2 3 4 5 6 7 8 15 16 23 24 31

Кла

сс а

дрес

а

А 0

В 1 0

С 1 1 0

D 1 1 1 0

E 1 1 1 1 0

Адреса класса A предназначены для использования в больших сетях, содержащих более чем 216 хост-машин. Адреса класса B предназначены для сетей среднего размера, содержащих от 28 до 216 хост-машин. Адреса класса C применяются в сетях с небольшим количеством ПЭВМ до 28, например, в ЛВС. Адреса класса D предназначены для обращения к группам хост-машин. Адреса класса E были зарезервированы на будущее.

Однако, в настоящее время международные организации, занимающиеся распределением адресного пространства (RIPE — Европейская организация, RIPN — Российская организация) отказались от применения классов адресов, так как в случае выделения адресного пространства малым по объёму сетям (16, 32, 64 хоста) слишком много адресного пространства расходуется впустую.

Рассмотрим некоторые особенности адресации в Internet.Согласно принятому в Internet правилу, хост-ЭВМ нельзя присваивать номер 0

(он описывает всю сеть в целом) и 255 — адрес широковещательной передачи. Кроме того, IP-адрес, первый байт которого равен 127, используется для тестирования программ и взаимодействия процессов в рамках одной хост-ЭВМ, поэтому запрещается присваивать хостам номера, начинающиеся со 127.

50

№ хост-ЭВМ (24р)

№

се ти

(1 4 р)

№

х ос та

(1 6 р)

№

се ти

(2 1 р)

№

х ос та

(8 р)

Г р у п п ов о й ад ре с (2 8 р)

За ре зе рв и р ов ан о

№ сети (7р)

Помимо этого, существует ряд адресов, которые используются для организации частных сетей, то есть локальных сетей, осуществляющих обмен данными по протоколам TCP/IP. Применение таких адресов также позволяет легко интегрировать подобную локальную сеть в Internet при помощи только одного «реального» IP-адреса, выделенного маршрутизатору сети. Все пакеты, проходящие через этот маршрутизатор, автоматически получают в качестве адреса отправителя адрес маршрутизатора и, таким образом, могут быть корректно обработаны другими маршрутизаторами сети. При этом маршрутизатор, занимающийся преобразованием адресов, ведёт специальную таблицу, в которой записывается с какого адреса «внутренней» сети на какой адрес «внешней» сети был послан запрос (а также ряд других сведений). При получении от «внешнего» сервера ответа (пакета с некоторыми данными), маршрутизатор-преобразователь сверяется с таблицей и если находит тот адрес, который запросил пакет, то перенаправляет его получателю. В противном случае пакет уничтожается и противоположная сторона информируется об этом по протоколу ICMP. Данный подход может быть также полезен для защиты от несанкционированного доступа как «снаружи» сети, так и «изнутри» (имеется в виду несанкционированная передача некой информации из сети «наружу»). В соответствии с RFC 1918, это диапазоны 10.0.0.0 ÷ 10.255.255.255, 172.16.0.0 ÷ 172.31.255.255 и 192.168.0.0 ÷ 192.168.255.255.

Важным элементом разбиения адресного пространства Internet являются подсети. Определение. Подсеть — это некоторое подмножество сети, не пересекающееся

с другими подсетями.Это означает, например, что сеть некоторой организации с адресом класса C

может быть разбита на фрагменты, которые в свою очередь будут образовывать подсети. Реально каждая подсеть соответствует некоторой физической сети, как правило, локальной, например, типа Token Ring.

Разбиение сети на подсети использует ту часть IP-адреса, которая закреплена за номерами хост-ЭВМ. Однако, поскольку цифровая адресация сложна в запоминании и хуже воспринимается человеком, используется ещё одна система адресации — буквенная, поэтому каждая хост-ЭВМ имеет не только цифровой адрес, но и равноправный буквенный адрес; таким образом, хост-ЭВМ имеет два адреса.

2.3.2. Доменная система адресов

На первом этапе создания сети Internet составлялся полный список, куда включались имена всех хостов, подключаемых к сети. Однако вследствие развития Internet, а также частого изменения её топологии, оказалось невозможным постоянно обновлять такой список. Это привело к созданию доменной системы адресов (имён): DNS (Domain Name System). Эта система адресации разделяет все адреса по иерархическому принципу, объединяя их в домены (от английского domain — область). Каждый домен представляет определённую группу хостов, объединенных по географическому или тематическому признаку. Полный доменный адрес обозначается как FQDN (Fully Qualified Domain Name) и читается в обратном порядке относительно цифрового адреса, если IP-адрес начинается с номера сети, то доменный адрес начинается с имени хост-машины. Например, адрес вида:

andrew.ssu.samara.ruозначает: “andrew” — имя хост-ЭВМ сети “ssu”, входящей в домен “samara”, который, в свою очередь, входит в состав домена верхнего уровня “ru”. Домен “ru” отмечает Российскую Федерацию. Для того чтобы воспользоваться ресурсами этой машины, необходимо ввести команду вида: telnet andrew.ssu.samara.ru. (Реально машины с таким именем не существует, но принцип отображён).

51

Для обработки траектории поиска в отдельных доменах имеются специальные серверы имен, которые представляют из себя ПЭВМ с определённым программным обеспечением. Эти серверы имен обеспечивают преобразование доменной системы адресов в цифровую. Существуют также домены, выделенные по тематическим признакам, они имеют трехбуквенное сокращение, например, в США получили распространение следующие имена доменов (табл. 2.3.). Например, полный доменный адрес вида: spacelink.msfc.nasa.gov. принадлежит организации NASA SPACElink в Хьюстоне, штат Алабама. Имя хоста стоит на первом месте. Этот хост по имени “Spacelink” принадлежит сети отдела связи с общественностью центра космических полётов NASA (Mission Space Flight Center Public Affairs Office), сокращённо обозначенного как домен “msfc”. Этот домен входит в более крупный домен “nasa”, который, в свою очередь, является частью домена “gov” (правительство США). В базе данных этой хост-ЭВМ можно найти подробную информацию о космических полётах.

Таблица 2.3.Домен Тематический признак

com коммерческие предприятияedu учебные заведения (институты, университеты)gov невоенные правительственные учрежденияmil военные учрежденияnet сетевые организацииorg прочие организации

Поскольку каждый хост должен быть определён однозначно, то его компьютерное имя должно быть уникальным (полное компьютерное имя), однако в разных подсетях доменные имена хостов могут повторяться.

Возможны также варианты, когда один IP-адрес соответствует двум доменным именам (псевдонимам), например, mail.ssu.samara.ru и info.ssu.samara.ru — одна и та же

машина с одним IP-адресом. В некоторых случаях несколько IP-адресов могут ассоциироваться с одним доменным именем. Однако наличие доменного имени не

является обязательным, в отличие от IP-адреса, без которого хост-машина просто не может подключиться к сети.

2.4. Проблема маршрутизации в базовой сети Internet

В архитектуре TCP/IP сети соединяются друг с другом коммутаторами IP-пакетов, которые называются шлюзами или IP-маршрутизаторами. Основная задача IP-маршрутизатора — определение по специальному алгоритму адреса следующего IP-маршрутизатора. Для решения этой задачи каждый IP-маршрутизатор должен располагать матрицей маршрутов (специальной базой данных, обеспечивающей маршрутизацию), которую необходимо регулярно обновлять. Это связано с тем, что в Internet используется дейтаграммный режим КП (см. 1.1), поэтому пакеты одного сообщения могут доставляться различными маршрутами, причём для каждого пакета должен выбираться маршрут, оптимальный для ситуации, сложившейся в данный момент на сети.

Алгоритм маршрутизации является тем фундаментом, на котором строится вся работа базовой сети с архитектурой TCP/IP. Во всех сетевых топологиях, за исключением, быть может, самых простых, обеспечение надёжных сетевых услуг требует определённой динамики маршрутизации. Неожиданные изменения в связности

52

базовой сети должны рассматриваться как обычные явления и соответствующим образом обрабатываться, также как и перегрузки отдельных направлений и каналов. Существует ряд свойств, которые считаются необходимыми для приемлемого алгоритма маршрутизации:

алгоритм маршрутизации должен распознавать отказ и восстановление каналов связи или других IP-маршрутизаторов (центров коммутации пакетов — ЦКП) и переключаться на другие, подходящие маршруты, причём время переключения маршрутов должно быть меньшим, чем типичный тайм-аут пользователя протокола ТСР (примерно 1 мин.);

алгоритм должен исключать образование циклов, петель и эффекта «пинг-понг» в назначаемых маршрутах как между соседними ЦКП, так и для удалённых ЦКП, причём существование вышеперечисленных эффектов не должно превышать типичного тайм-аута пользователя протокола TCP (примерно 1 минута);

нагрузка, создаваемая управляющими сообщениями, которые необходимы для работы алгоритма маршрутизации, не должна ощутимо ухудшать или нарушать нормальную работу сети. Изменение состояния сети, которое может прервать нормальную работу в некоторой локальной области сети, не должно оказывать воздействия на удалённые участки;

поскольку размеры сети постоянно увеличиваются, необходимо обеспечить эффективное использование сетевых ресурсов, например, изменение матриц маршрутов выполнять по частям, передавая по глобальным сетям только дополнения к базам данных по маршрутизации;

размер базы данных по маршрутизации не должен превышать некоторой константы, не зависящей от топологии сети, умноженной на количество узлов и на среднюю связность (среднее число инцидентных ветвей) сети. Хорошая реализация не должна требовать хранения полной базы данных по маршрутизации в каждом ЦКП;

если используются метрики, основанные на достижимости узла и задержки в доставке пакета, то они не должны зависеть от прямой связности со всеми другими ЦКП или от использования механизмов широковещательной передачи, специфичных для некоторых сетей. Процедуры опроса должны использоваться очень умеренно, и не должны вносить дополнительных расходов, которые превосходили бы некоторую константу, не зависящую от топологии сети, умноженную на длину самого большого пути без циклов;

маршруты по умолчанию, вводимые обычно как средство сокращения размеров базы данных по маршрутизации, должны использоваться очень осторожно, так как это может вызвать множество проблем, связанных с возможностью появления циклов, петель и неправильных конфигураций. В общем случае маршруты по умолчанию следует использовать в качестве первоначальных предположений о маршрутизации, чтобы затем выбирать окончательное направление передачи.

Кроме перечисленных выше задач ЦКП (или IP-маршрутизатор) должен обеспечивать эффективное распределение собственных ресурсов как по пропускной способности каналов, так и по объёму буферных ЗУ, используемых для хранения пакетов, ожидающих передачу. Самая очевидная стратегия «первым пришёл — первым обслужен» (FCFS — First Come First Served) может оказаться неприемлемой в условиях перегрузки сети.

Так, например, нельзя допустить, чтобы высокоскоростной канал захватил весь объём буферных ЗУ, ничего не оставив низкоскоростному каналу. В хороших алгоритмах обязательно должно учитываться поле «тип услуг» заголовка IP-пакета (см.

53

2.5.2); ЦКП может назначить больший приоритет IP-пакетам, передающим управляющую или служебную информацию.

Наконец, алгоритм маршрутизации должен обеспечивать надёжный алгоритм определения состояния каждого канала связи и узла в базовой сети и, если требуется, состояние хост-ЭВМ. Для этого нужен, по крайней мере, протокол канального уровня, предполагающий периодический обмен кадрами через каждый канал связи (см. 2.5.1). Однако этого часто оказывается недостаточно, поэтому дополнительно требуется специальный механизм в алгоритмах маршрутизации. Пути передачи сообщений о таких событиях, как сбой или восстановление канала связи или ЦКП, не должны требовать корректного функционирования алгоритма маршрутизации как такового.

По техническим, административным, географическим, а также иногда и политическим соображениям IP-маршрутизаторы группируются в так называемые «автономные системы». ЦКП, входящие в одну автономную систему, контролируются одной организацией, обеспечивающей их сопровождение, и используют общие для данной автономной системы алгоритмы маршрутизации.

Определение. Конкретный вариант протокола маршрутизации, действующий внутри одной автономной системы, называется внутренним протоколом маршрутизации (IGP — Interior Gateway Protocol).

Возможно, что некоторому IP-пакету, чтобы достичь места назначения, придётся пройти через ЦКП двух или более автономных систем. Поэтому автономные системы должны иметь возможность обмениваться информацией о своём состоянии.

Определение. Протокол для обмена служебной информацией между автономными системами называется внешним протоколом маршрутизации (EGP — Exterior Gateway Protocol).

Каждый IP-маршрутизатор должен обеспечить реализацию протоколов физического, канального, межсетевого уровней, а также протоколы доступа к сети (см. 2.5.1, 2.5.2). В качестве последних используются протоколы Ethernet, Frame Relay, ATM, SLIP, PPP и ряд других, а для сетей с архитектурой Х.200 протокол Х.25/2 (LAP-B). Кроме того, IP-маршрутизатору необходима реализация некоторого алгоритма выбора маршрута по таблице маршрутизации, а также алгоритма обновления этой таблицы.

Процедура выбора пути заложена в протоколе IP, причём IP-уровень не знает всего пути, а владеет лишь информацией о том, какому инцидентному ЦКП передать IP-пакет с конкретным адресом места назначения.

Просмотр маршрутной таблицы происходит в три этапа: ищется соответствие адреса, записанного в IP-пакете, адресу места

назначения в маршрутной таблице. В случае успеха, пакет посылается соответствующему ЦКП или непосредственно хост-ЭВМ. Связи точка–точка выявляются именно на этом этапе;

ищется соответствие адреса, записанного в IP-пакете, адресу некоторой региональной сети места назначения (одна запись в таблице маршрутизации соответствует всем хостам, входящим в данную региональную сеть). В случае успеха система действует так же, как и в предыдущем пункте;

ищется маршрут «по умолчанию», если таковой предусмотрен; дейтаграмма посылается в соответствующий маршрутизатор.

Существуют статические и динамические алгоритмы обновления таблицы.Статический алгоритм есть способ маршрутизации, не изменяющийся при

изменении топологии и состояния сети. Простая маршрутизация обеспечивается разными алгоритмами, типичными из которых являются алгоритмы случайной и лавинной маршрутизации. Случайная маршрутизация — передача данных из узла в любом, случайным образом выбранном направлении, кроме направления, по которому

54

данные поступили в узел. Данные, совершая «блуждания» по сети с конечной вероятностью когда-либо достигают адресата. Лавинная маршрутизация — передача данных из узла во всех направлениях, кроме того, по которому поступили данные. Очевидно, что хотя бы одно направление обеспечит доставку пакета за минимальное время, т.е. лавинная маршрутизация гарантирует малое время доставки.

Шлюзы, входящие в состав одной автономной системы, могут выполнять алгоритм динамической маршрутизации — протоколы на основе алгоритма Беллмана-Форда и протоколы на основе алгоритма Дейкстры. Каждой дуге графа ставится в соответствие действительное число, называемое длиной дуги; тогда длина пути определяется суммой длин составляющих его дуг. Обычно это число переприёмов или средняя задержка пакетов, но возможны и другие метрики, например, пропускная способность канала связи, надёжность.

Шлюзы, работающие по алгоритму Беллмана-Форда, хранят вектор длин кратчайших маршрутов до всех сетей, входящих в состав объединённой сети. Периодически каждый шлюз передаёт свой вектор соседним шлюзам автономной системы, а элементы вектора, принятого от соседнего шлюза, складываются с длинами исходящих линий связи. На основе полученной таблицы строится новый вектор длин кратчайших маршрутов — алгоритм Беллмана-Форда (DV — алгоритм Distance Vector). Протоколы на основе DV-алгоритма достаточно просто реализуются, требуют мало памяти и процессорного времени, однако они обладают рядом общих недостатков. При увеличении количества сетей, входящих в состав автономной системы, резко возрастает количество передаваемой информации, т.к. DV-алгоритм требует, чтобы все шлюзы периодически передавали свои векторы длин маршрутов.

Шлюзы, работающие по алгоритму Дейкстры (Shortest Path First — SPF-алгоритм), сначала определяют кратчайшие маршруты по всем сетям автономной системы. Для этого в каждом шлюзе строится полное дерево кратчайших путей с корнем в данном шлюзе. Процедура построения дерева кратчайших путей использует принцип, согласно которому в дерево кратчайших путей первой включается дуга с наименьшей длиной, поэтому алгоритм Дейкстры часто называют кратчайший путь первым. После того, как в шлюзе построено дерево кратчайших путей, изменения характеристик линий связи, определяющих длины соответствующих дуг графа, изменения топологии сети приводит к небольшим дополнительным вычислениям для корректирования дерева кратчайших путей. Шлюзы обмениваются только сведениями о длинах исходящих линий связи, а не векторами длин маршрутов, как в случае алгоритма Беллмана-Форда. Размер корректирующих пакетов со служебной информацией для маршрутизации мал и не зависит от числа сетей в автономной системе. Каждый шлюз посылает такие пакеты с помощью лавинной маршрутизации. При появлении в сети нового шлюза или включении новой линии связи изменения в топологии сети не учитываются при маршрутизации в течение некоторого времени для того, чтобы информация о происшедших изменениях успела достигнуть всех шлюзов автономной системы.

В целом, алгоритм Дейкстры, по сравнению с алгоритмом Беллмана-Форда, обеспечивает более реальную оценку ситуации в сети, более быструю реакцию на важные изменения в сети (такие, как включение новой линии связи) и уменьшает зацикливание пакетов; однако алгоритм Дейкстры сложнее в реализации и требует в несколько раз больше памяти.

55

2.4.1. Внутришлюзовые протоколы маршрутизации

Протокол GGP (Gateway to Gateway Protocol RFC 823) был разработан и реализован фирмой BBN для первых экспериментальных шлюзов сети Internet. Он до сих пор используется в шлюзах фирмы BBN LSI/11, хотя считается, что GGP имеет серьёзные недостатки и позднее был заменён на алгоритм SPF. Алгоритм протокола GGP определяет маршрут с минимальным числом переприёмов, т.е. его мерой длины является просто число транзитных участков сети между парами шлюзов. Он реализует распределённый алгоритм кратчайшего пути, который требует глобальной сходимости маршрутных таблиц после изменений в топологии или связности.

Протокол RIP (Routing Information Protocol, RFC 1058, 1581, 1582, 1724) часто используется для класса протоколов маршрутизации, базирующихся на протоколах XNS (Xerox Network System — сетевая система Xerox) фирмы Xerox. Реализация протокола RIP для семейства протоколов TCP/IP широко доступна, поскольку входит в состав программного обеспечения ОС UNIX, например, FreeBSD или Linux. В силу своей простоты протокол RIP имеет наибольшие шансы превратиться в «открытый» протокол IGP, т.е. протокол, который может использоваться для совместной работы шлюзов, поставляемых разными фирмами. В качестве метрики маршрутизации RIP использует число скачков (шагов) до цели. Такой вид метрики не учитывает различий в пропускной способности или загруженности отдельных сегментов сети. Каждому маршруту ставится в соответствие таймер тайм-аута и «сборщик мусора». Таймер тайм-аута сбрасывается каждый раз, когда маршрут инициализируется или корректируется. Если со времени последней коррекции прошло 3 минуты или получено сообщение в том, что вектор расстояния равен 16, маршрут считается закрытым, но запись о нём не стирается, пока не истечёт время «уборки мусора» (2 минуты). При появлении эквивалентного маршрута переключение на него не происходит. Протокол RIP достаточно простой, но не лишённый недостатков:

требуется много времени для восстановления связи после сбоя в маршрутизаторе (минуты); в процессе установления режима возможны циклы;

число шагов — важный, но не единственный параметр маршрута, да и 15 шагов — не предел для современных сетей.

Протокол “HELLO”. Программное обеспечение Fuzzball для шлюза LSI/11 включает в себя реализацию протокола IGP под названием “HELLO”. В отличие от RIP в нём критерием выбора маршрута служит время, а не расстояние, поэтому “HELLO” требует достаточно точной синхронизации служб времени шлюзов.

Протокол OSPF (Open Shortest Path First, RFC 1850, 1583, 1584, 1587) представляет собой протокол состояния маршрута, причём в качестве метрики используется коэффициент качества обслуживания. Каждый маршрутизатор обладает полной информацией о состоянии всех интерфейсов шлюзов автономной системы. Определяющими являются три характеристики: задержка, пропускная способность и надёжность. Преимущества OSPF:

для каждого адреса может быть несколько маршрутных таблиц, по одной на каждый вид IP-операции;

каждому интерфейсу присваивается безразмерная цена, учитывающая пропускную способность, время транспортировки сообщения; каждой IP-операции может быть присвоена своя цена;

при существовании эквивалентных маршрутов OSFP распределяет поток равномерно по этим маршрутам;

при связи «точка–точка» не требуется IP-адрес для каждого из концов;

56

применяется мультикастинг вместо широковещательной адресации, что снижает загрузку не вовлечённых в обмен сегментов.

Недостатки OSPF — трудно получить информацию о предпочтительности каналов для узлов, поддерживающих другие протоколы или имеющих статическую маршрутизацию.

Протокол IS-IS. Учитывая, с одной стороны, широкое распространение сетей с архитектурой TCP/IP, с другой стороны, повышенное внимание правительственных и коммерческих организаций к архитектуре ЭМВОС, ожидается, что архитектуры TCP/IP и ЭМВОС будут существовать долгое время вместе. Поэтому возникает необходимость в шлюзах, способных маршрутизировать одновременно IP- и ЭМВОС-трафик. Протокол IS-IS (Intermediate System to Intermediate System Protocol, RFC 1195) обеспечивает поддержку понятий IP-подсети, переменной маски подсети, маршрутизацию на основе значения поля «тип сервиса» в заголовке IP-пакета и понятие внешнего маршрута. Протокол IS-IS является динамическим протоколом маршрутизации, построенным на основе SPF-алгоритма.

2.4.2. Внешние протоколы маршрутизации

Внешние протоколы маршрутизации предназначены главным образом для связи между автономными (независимыми) системами.

Протокол EGP (Exterior Gateway Protocol) один из известных протоколов этого типа (RFC 904, 827, 888, 911, 1092, 1093). Документ RFC 827, предложивший первую модель шлюза для взаимодействия со шлюзами других автономных систем, и документ RFC 888, представляющий собой развитие этой модели, накладывали существенное ограничение на топологию сети Internet, предполагая древовидную двухуровневую структуру, корнем которой является так называемая «магистральная» автономная система, состоящая из «магистральных» шлюзов. Главным преимуществом такой модели считалась невозможность образования в древовидной топологической структуре циклических маршрутов между автономными системами.

С помощью протокола EGP шлюзы могут снабжать друг друга информацией о достижимости соседних шлюзов и о маршрутах к соседним шлюзам. При этом динамическое вычисление маршрутов выполняется только шлюзами магистральной автономной системы, и затем результаты могут быть сообщены немагистральным шлюзам. Немагистральные шлюзы также могут предоставлять маршрутную информацию магистральным и немагистральным шлюзам, но они не имеют права передавать дальше маршруты, вычисленные на основе информации, полученной от других шлюзов. Это ограничение часто называется ограничением на распространение информации «третьей группы». Протокол EGP включает в себя механизм определения достижимости соседей (соседними называются шлюзы, совместно выполняющие протокол EGP), контроля достижимости и обмена информацией в форме обновляющих сообщений. Цель использования алгоритма достижимости — убедиться в том, что сосед работает и может поставлять надёжную информацию. Не менее важной является задача фильтрации информации перед тем, как отправлять её другим шлюзам, чтобы избежать лишних изменений базы данных.

Как правило, локальные шлюзы передают по внешнему протоколу только сведения, касающиеся своих автономных систем, чтобы не увеличивать без необходимости трафик в сетях.

Протокол BGP (Border Gateway Protocol, RFC 1267) — это протокол маршрутизации между автономными системами в сети Internet; он построен на основе опыта, накопленного при эксплуатации протокола EGP. Главная цель BGP — сократить транзитный трафик. Протокол BGP использует расширенное понятие автономной

57

системы. В данном случае внутри автономной системы шлюзы могут использовать несколько различных протоколов маршрутизации и несколько метрик. Однако внутри автономной системы должен существовать единый план маршрутизации, позволяющий рассматривать автономную систему как единое целое.

В зависимости от того, с каким трафиком имеет дело автономная система, она причисляется к одной из следующих категорий:

тупиковая автономная система, имеющая единственное соединение с другими автономными системами; фактически, тупиковая система имеет дело только с локальным трафиком;

многовходовая автономная система. Эта система имеет более одного соединения с другими автономными системами, но она отказывается поддерживать транзитный трафик;

транзитная автономная система, которая имеет более одного соединения с другими автономными системами и предназначена для поддержания обоих видов трафика.

Протокол BGP использует в качестве транспортного протокола протокол ТСР. Хост-ЭВМ, выполняющие протокол BGP, не обязательно должны одновременно являться шлюзами. Хост-ЭВМ, не являющаяся шлюзом, может обмениваться маршрутной информацией со шлюзами при помощи протокола EGP или внутреннего протокола маршрутизации. Эта хост-ЭВМ может затем использовать протокол BGP для обмена маршрутной информацией с граничным шлюзом другой автономной системы.

2.5. Семейство многоуровневых протоколовархитектуры TCP/IP

Термин «TCP/IP» обычно означает всё, что связано с сетью Internet, это и протоколы, и прикладные программы, и архитектура, и даже иногда сама сеть.

Определение. TCP/IP — это технология межсетевого взаимодействия, которая объединяет в единую сеть разнородные подсети при помощи шлюзов.

Каждая из подсетей работает в соответствии со своими правилами и имеет свою среду передачи данных. Пакет из одной подсети в другую сеть передаётся через последовательность шлюзов, которые обеспечивают сквозную маршрутизацию пакетов по всей сети. Базируясь на понятиях ЭМВОС, архитектуру протоколов TCP/IP можно представить следующей схемой.

Обозначения:E-net — драйвер (программа) непосредственно взаимодействующая с сетевым адаптером; IP, TCP, UDP — модули-программы, взаимодействующие с драйверами, сетевыми и прикладными программами

58

Уровень приложений

Транспортный уровень

Межсетевой уровень

Канальный уровень

Физический уровень

TCP UDP

IPARP

E-net SLIP PPP

ЛА модем модем

LAN MAN или WAN

между собой; ARP — протокол для определения соответствия IP-адресов и Ethernet-адресов; LAN, MAN — соответственно локальная и региональная сети; SLIP, PPP — канальные протоколы TCP/IP.

Рис.2.3. Распределение протоколов Internet по уровням

С небольшими натяжками ЭМВОС может быть применена для описания схемы уровней протоколов TCP/IP, но их основополагающие принципы существенно различаются, что и определяет различия этих архитектур. Сравнение архитектур TCP/IP и ЭМВОС можно представить в виде табл. 2.4.

Таблица 2.4.Уровень ЭМВОС TCP/IP

7 прикладной прикладной6 представительный утилитарный5 сеансовый (уровень приложений)4 транспортный транспортный

3 сетевоймежсетевой

сетевой2 канальный канальный1 физический физический

Основное отличие заключается в следующем: в модели ЭМВОС предполагается, что сеть — независимая служба, предназначенная для сетевых услуг между простыми ЭВМ, которые участвуют в поддержании работы сети. В противоположность этому, архитектура TCP/IP требует участия каждого хоста в работе сети, т.е. сеть TCP/IP можно рассматривать как простую систему доставки пакетов между высокоинтеллектуальными ЭВМ, причём технология TCP/IP позволяет организовать сетевое взаимодействие, используя различные физические и канальные протоколы обмена данными (802.3 — Ethernet, канальный протокол — шина; 802.4 — Token Ring, канальный протокол — кольцо; X.25/2 — ЭМВОС, канальный уровень).

2.5.1. Канальный уровень TCP/IP

В этой архитектуре TCP/IP нет единого стандарта для обеспечения построения системы передачи данных, т.е. соединения «точка–точка», однако без такого соединения, которое обычно выполняется по телефонным каналам с использованием стандартных модемов, популярность Internet была бы ниже. Действительно, основная масса пользователей Internet использует обычный домашний телефон и свою ПЭВМ. Наиболее простым является подключение ПЭВМ с использованием последовательного порта по протоколу SLIP (Serial Line Internet Protocol, RFC 1055). Его можно применять как на выделенных, так и на коммутируемых каналах связи, на скоростях от 1200 до 19200 бит/с. Существует несколько разновидностей протокола SLIP.

Протокол SLIP с процедурой сжатия данных называется CSLIP и позволяет с помощью эффективного кодирования сокращать избыточность заголовка IP-пакетов.

Протокол dial-up SLIP обеспечивает установление соединения через ТФОП.В отличие от протоколов канального уровня ЭМВОС (LAPB — разновидность

HDLC, BSC), протокол SLIP «не заворачивает» IP-пакет в свою оболочку, т.е. не добавляет своего заголовка и концевика. SLIP-кадр начинается однобайтовым символом

59

ESC или десятичным 219, а кончается символом END (также один байт) или десятичное 192.

В протоколе SLIP для обеспечения прозрачности используется байтстаффинг. Если внутри SLIP-кадра встречаются символы ESC или END, то к ним добавляется ещё один символ ESC. Длина SLIP-кадра большая и составляет 1006 байт или 8048 разрядов. Протокол SLIP не выполняет каких-либо действий с адресами, не различает пакеты по типу протокола, не корректирует ошибки, т.к. не имеет соответствующих полей.

Следующим протоколом канального уровня является протокол PPP (Point-to-Point Protocol, RFC-1661). Этот протокол является более поздним и, соответственно, более сложным и состоит из трёх частей:

механизм инкапсуляции; протокол управления соединением; протокол управления сетью.Инкапсуляция протокола РРР обеспечивает достаточно эффективную передачу

кадра, при этом требуется всего 8 дополнительных байтов. В упрощенном виде PPP-кадр (фрейм) выглядит следующим образом.

Рис. 2.4. Формат кадра в протоколе РРР

В поле «протокол» указывается тип инкапсулированной дейтаграммы, в поле «информация» записывается IP-пакет. В поле «хвостовик» добавляется заполнитель для выравнивания на 32-разрядную границу, т.е. длина PPP-кадра должна быть кратна 32-разрядному слову. По умолчанию длина PPP-кадра равна 1504 байта.

Следующий механизм — протокол управления соединением, предназначен для достижения согласования между узлами сети о параметрах инкапсуляции, например, о размере кадра. Кроме того, этот механизм обеспечивает идентификацию узлов. И, наконец, этот же механизм проверяет готовность физического уровня и производит установление соглашения с протоколом межсетевого обмена (IP, IPX и т.д.).

Третий механизм: процедура управления сетью обеспечивает управление конфигурацией сетевых модулей, например, протокол PPP при работе через модем сам восстанавливает соединение при потере несущей (повторный вызов), кроме того, этот протокол может передавать данные с защитой от ошибок. Большинство современных IP-шлюзов поддерживает PPP.

На канальном уровне может использоваться и стандартный протокол МСЭ-Т — Х.25/2 или LAPB. Он применяется на синхронных сетях, IP-пакеты в сетях с Х.25 передаются по виртуальным соединениям стандартного канального уровня ЭМВОС в виде конечных последовательностей кадров. Используя одно виртуальное соединение в Х.25 путём мультиплексирования, можно передать весь IP-трафик между двумя хостами. Соответствие между IP-адресами и адресами Х.25 задаётся в виде специальных таблиц, которые хранятся в шлюзах.

2.5.2. Межсетевой уровень TCP/IP

60

Протокол8/16 разрядов

Информация Хвостовик

Этот уровень в архитектуре TCP/IP является базовым, т.к. обеспечивает возможность стандартизации верхних уровней. Название протокольной единицы (некоторого массива данных) в архитектуре TCP/IP несколько отличается от тех же названий в ЭМВОС. Рассмотрим название протокольных единиц на различных уровнях TCP/IP.

Протокольная единица между сетевым адаптером или модемом и протоколами канального уровня (Enet, SLIP, PPP, X.25/2) называется, как и в ЭМВОС, кадром или фреймом. Протокольная единица между службами Enet, SLIP, PPP и модулем IP, называется IP-пакетом. Протокольная единица между модулем IP и модулем UDP называется UDP-дейтаграммой. Протокольная единица между модулем IP и модулем ТСР называется TCP-сегментом (или транспортным сообщением). Протокольные единицы выше транспортного уровня называются прикладными сообщениями.

Отобразим это на рис. 2.5.Межсетевой протокол IP (Internet Protocol, RFC-791, 922, 919, 950) предназначен

для использования в системе связанных между собой шлюзами сетей, в которых используется КП. Такие сети, как уже отмечалось, называются подсетями Internet. Основным назначением IP-протокола является передача от источников к адресатам межсетевых дейтаграмм и IP-пакетов. Модуль IP обеспечивает также сборку и разборку длинных межсетевых дейтаграмм при необходимости их передачи в сетях с малой максимальной длиной пакета.

По своим функциям протокол IP, в рамках ЭМВОС, можно отнести к протоколам сетевого уровня. В архитектуре TCP/IP этот протокол вместе со вспомогательным протоколом ICMP (Internet Control Message Protocol — протокол межсетевых управляющих сообщений; RFC 792, 1256, 1788, 1885) образует отдельный межсетевой уровень. Каждая межсетевая дейтаграмма обрабатывается модулем IP как независимая единица данных. Для выполнения своих функций модуль IP обращается к сетевым модулям объединяемых сетей с запросом на передачу межсетевой дейтаграммы и передаёт эти дейтаграммы между шлюзами или в хост получателя. Поэтому модуль IP должен быть реализован в каждом хосте и в каждом шлюзе сети.

Рис. 2.5. Названия протокольного блока (единицы) данных

В протоколе IP применяют четыре основных механизма для обеспечения межсетевых услуг: вид обслуживания, время жизни, контрольная сумма заголовка, дополнительные возможности (опции).

Рассмотрим межсетевые услуги более подробно.

61

TCP UDP

IP

ARP

E-net

SLIP

PPP

Сетевой адаптер

Модем

Модем

Прикладное сообщение

UDP-дейтаграммаTCP-сегмент

К другой сети

IP-пакет Межсетевая дейтаграмма

Кадр (фрейм)

Вид обслуживания используется для указания требуемого качества обслуживания межсетевой дейтаграммы (МД) при её передаче через межсетевую систему.

Время жизни является указателем верхней границы времени существования некоторой межсетевой дейтаграммы в сети. Этот указатель задаётся отправителем и уменьшается по мере движения МД по точкам маршрута (по шлюзам), если время МД становится нулевым до того, как она достигнет получателя, то эта дейтаграмма уничтожается.

Контрольная сумма заголовка обеспечивает защиту данных в заголовке, если модуль обнаруживает ошибку в заголовке, то эта МД уничтожается модулем, который обнаружит ошибку.

Дополнительные возможности обеспечивают выполнение некоторых дополнительных услуг, например, по защите данных, специальной маршрутизации.

Рассмотрим полный формат IP-пакета, приводимый на рис. 2.6.Назначение полей заголовка IP-пакета.Поле «версия» указывает номер версии данного протокола межсетевого уровня.

В настоящее время наряду с 4-й версией протокола (т.е. в поле — 0100) начинается использование протокола 6-й версии (т.е. в поле — 0110).

Поле «длина IP-заголовка» указывает длину заголовка межсетевой дейтаграммы в тридцатидвухразрядных словах. Минимальная длина — пять слов, максимальная длина — пятнадцать тридцатидвухразрядных слов (на рисунке заголовок имеет шесть слов).

Поле «тип сервиса» указывает параметры требуемого качества обслуживания и имеет формат, отображённый на рис. 2.7.

Поле «общая длина» указывает на длину МД в байтах (октетах), включая заголовок и данные. Рекомендуется использовать дейтаграмму длиной 576 байт (т.е. 4608 разрядов) — 552 байта данные плюс 24 байта заголовок.

Поле «идентификатор» предназначено для сборки фрагментов межсетевых дейтаграмм.

Поле «смещение фрагментов» указывает место данного фрагмента в межсетевой дейтаграмме. Первый фрагмент имеет смещение, равное нулю.

Поле «время жизни» — это время задаётся в секундах — максимально 255 секунд (приблизительно 4,3 минуты). Однако часто в этом поле указывается максимальное количество хостов, через которые может пройти дейтаграмма. Это является полезным в том случае, когда задержки в сети имеют достаточно большие значения; тогда даже при суммарной задержке более 255 секунд есть вероятность доставки дейтаграммы получателю, если количество транзитных хостов не превысило максимально допустимое значение, определённое в данном поле. 0 4 8 16 31

Версия(4)

Длина IP-

заголовка (4)

Тип сервиса(8)

Общая длинаIP-пакета (16)

Идентификатор(16)

Флаги

(3)Смещение фрагмента

(13)

Время жизни(8)

Тип протокола(8)

Контрольная суммазаголовка (16)

Адрес отправителя (32)

62

Заго

лово

к(2

4бай Адрес получателя (32)

Дополнительные услуги Заполнитель

Данные пользователя

Рис. 2.6. Формат дейтаграммы Internet

0 1 2 3 4 5 6 7

D T R C Резерв (0)Приоритет

Обозначения:Приоритет — предоставляет возможность присвоить код приоритета каждой дейтаграмме; D (delay) — задержка: 0 — нормальная задержка, 1 — высокая задержка; Т ( throughput) — производительность: 0 — нормальная производительность, 1 — высокая производительность; R (reliability) — надёжность: 0 — нормальная надёжность, 1 — высокая надёжность: С ( cost) — стоимость, 0 — нормальная стоимость, 1 — высокая стоимость.

Рис. 2.7. Поле тип сервиса

Поле «тип протокола» определяет тип протокола вышележащего уровня, который будет использован при обработке поля данных межсетевой дейтаграммы.

Поле «контрольная сумма заголовка» содержит проверочные разряды заголовка IP-пакета. Поскольку некоторые поля заголовка меняются в процессе движения пакета (например, время жизни), то проверочные разряды пересчитываются в каждой точке обработки МД. Чаще всего эта контрольная последовательность представляет собой обратный код суммы обратных кодов всех шестнадцатиразрядных слов заголовка, но т.к. для контрольной суммы отводится шестнадцать разрядов, можно с успехом применить и код, рекомендованный V.42 МСЭ-Т (код БЧХ).

Поля «адрес отправителя» и «адрес получателя» содержат по 32 разряда и представляют собой цифровые IP-адреса.

Поля «дополнительные услуги» имеют переменную длину и могут присутствовать или отсутствовать в МД.

Поле «заполнитель» применяется для выравнивания заголовка на 32 разрядную границу.

В процессе передачи данных в сети Internet может возникнуть необходимость передать некоторые управляющие сообщения отправителю, например, об ошибках, обнаруженных в МД. Для этого используется протокол ICMP, который является составной частью протокола IP и должен быть реализован в каждом межсетевом модуле IP. Формат протокола ICMP имеет следующие особенности:

поле «протокол» должно быть равно 1; поле «тип сервиса» должно быть равно 0; первый байт порции данных указывает формат остальной информационной

части.Управляющие сообщения о недостижимости адресата, истечении времени

жизни, о возникновении ошибки в заголовке, а также о переадресации МД имеют следующий формат протокола ICMP.

0 8 16 31

63

Вид Код Контрольная суммаНе используется (резерв)

Межсетевой заголовок

64 разряда данныхИсходная МД

Рис. 2.8. Общая структура ICMP-сообщений

2.6. Транспортный уровень архитектуры TCP/IP

На транспортном уровне используется два основных транспортных протокола UDP — User Datagram Protocol, RFC 768 (протокол пользовательских дейтаграмм) и TCP — Transmission Control Protocol, RFC 793 (протокол управления передачей). Эти протоколы предоставляют разные услуги прикладным процессам, причём, большинство хостов активно используют только один из них.

Если требуется надёжная и эффективная доставка сообщений по длинному и ненадёжному каналу ПД, то применяется протокол ТСР. Если требуется передавать сообщения на высокоскоростных сетях с короткими соединениями, то лучше подходит протокол UDP.

2.6.1. Протокол UDP

Данный протокол иногда называют протоколом ненадёжной доставки. Этот протокол предоставляет прикладным процессам транспортные услуги, которые немногим отличаются от услуг протокола IP (сетевого уровня).

Протокол UDP обеспечивает только доставку дейтаграммы и не гарантирует её выполнение. Протокол не поддерживает виртуального соединения с удалённым модулем UDP. Основное достоинство — простота.

Формат протокола UDP имеет следующий вид (рис. 2.9). 0 16 31

Межсетевой заголовок IP-пакета

Порт источника Порт получателяДлина Контрольная сумма

Данные

Рис. 2.9. Формат UDP-дейтаграмм

Видно, что формат протокола UDP размещается в поле данных IP-пакета (или после заголовка IP-пакета) и содержит следующие поля.

Поле «порт источника» указывает порт процесса источника, куда может быть адресован ответ на данное сообщение.

Поле «порт получателя» является частью межсетевого адреса.Под «портом» понимается адрес (номер) некой точки доступа к услугам другого

уровня. В случае архитектуры TCP/IP под портом понимается некий номер области

64

UD

P-де

йтаг

рамм

аIP

-пак

ет

8 б

айт

памяти, где размещаются передаваемые в сеть (протоколу UDP или TCP) данные и принимаемые из сети (поступающие в распоряжение операционной системы) данные. Номера портов на передачу и приём в общем случае могут различаться. На приёмной и передающей стороне взаимодействие процессов в общем случае может происходить через разные номера портов, поэтому указание порта в заголовке UDP-дейтаграммы необходимо.

В поле «длина» указывается размер данной дейтаграммы с учётом длины заголовка в байтах.

Поле «контрольная сумма» обеспечивает контроль правильности данных в заголовке.

Прикладные процессы и модули UDP взаимодействуют через UDP-порты, порты нумеруются, начиная с 0. Прикладной процесс ожидает сообщение в порт, специально выделенный для этих услуг. Номер этого порта является общеизвестным и определяется стандартами сети Internet. Например, протокол SMTP (Simple Mail Transfer Protocol, RFC 821) протокол электронной почты имеет номер UDP-порта — 161.

Используя интерфейс UDP/IP можно реализовать обмен МД. Для этого модуль IP передаёт поступивший IP-пакет модулю UDP, когда в заголовке этого пакета в поле «тип протокола» указано — “UDP” [17].

2.6.2. Протокол ТСР

Данный протокол является сквозным и ориентирован на создание соединений, то есть в данном протоколе создаётся виртуальное соединение. Он работает в широком спектре систем связи — от выделенных каналов до сетей с КП или КК. Протокол TCP размещается над сетевым протоколом IP, который даёт возможность TCP посылать и принимать сегменты информации различной длины, вложенные в межсетевые дейтаграммные «конверты» (пакеты). Протокол TCP идентифицируется в поле «протокол» заголовка IP значением, равным 6.

При организации связи между парой прикладных процессов протокол TCP обеспечивает следующее: надёжную передачу данных; управление потоком данных; мультиплексирование; организацию, поддержание и сброс виртуального соединения (виртуального канала); обеспечивает приоритетную доставку информации; обеспечивает безопасность информации.

Протокол TCP, в отличие от протокола UDP, создаёт виртуальные соединения или каналы. Подобно модулю UDP, прикладные процессы взаимодействуют с модулем TCP через порты, которые имеют общеизвестные адреса (номера). Когда прикладной процесс начинает использовать TCP, то этот модуль на хосте и модуль TCP на сервере приложений начинают взаимодействовать. Эти два оконечных модуля, прежде всего, создают виртуальное соединение, которое является дуплексным и расходует ресурсы обоих оконечных модулей TCP. Протокол TCP разбивает поток двоичных разрядов (поступающих с вышележащего уровня) на TCP-сегменты, которые передаются по виртуальному соединению. На приёмном конце производится обратная операция. Данный протокол не сохраняет границ между введенными данными, например, можно ввести пять записей по 80 байт в TCP-порт, а на другом конце виртуального соединения прочитать одну запись длиной 400 байт.

Протокол ТСР требует, чтобы все отправленные сегменты данных были подтверждены с приёмного конца, т.е. используется алгоритм обратной связи. Для повышения эффективности работы используется механизм скользящего окна, тайм-ауты и повторные передачи для обеспечения надёжной доставки. Каждая из принимающих сторон может управлять потоком данных от передающего модуля, чем

65

предотвращается возможность переполнения буферов приёмников. Пользователь при установлении соединения может устанавливать категорию срочности и безопасности. Эти признаки учитываются не только при работе с TCP-сегментами, но и дублируются в поле «тип сервиса» IP-пакета для того, чтобы применять специальные алгоритмы.

Формат сегмента протокола ТСР представлен на рис. 2.10.Кратко рассмотрим назначение полей сегмента ТСР.

Поля «порт источника» и «порт получателя» указывают номера портов в TCP-модулях.

Поле «последовательный номер» содержит номер байта, с которого начинают передаваться данные в этом сегменте.

0 10 16 31

Межсетевой заголовок IP-пакета

IP-п

акет

ТСР-

сегм

ент

Порт источника Порт получателя

Заго

лово

к 20

бай

т

Последовательный номер

Номер октета, который должен прийти следующим (номер подтверждения)

Смещение

данных (4)

Резерв (6)

Поле управляющих флаговОкно(16)

UR

AC

PSH

RST

SYN

FIN

Проверочная сумма (16) Указатель срочности (16)

Модификаторы Заполнитель

Данные

Рис. 2.10. Формат ТСР-сегмента

Поле «номер подтверждения» при установленном флаге АСК содержит значение последовательного номера, который отправитель данного сегмента собирается принимать. После установления виртуального соединения это поле обязательно заполняется. С помощью этого поля отмечается байт, с которого начнется окно приёма данных от источника (механизм скользящего окна).

Поле «смещение данных» определяет число 32-разрядных слов в заголовке TCP-сегмента, так как такое же смещение есть в межсетевом заголовке.

В поле «резерв» все разряды устанавливаются равными 0.Поля управляющих флагов означают следующее: URG (urgency) — указатель

срочности; АСК (acknowledgement) — подтверждение; PSH (push) — указатель немедленной выдачи на верхний уровень; RST (reset) — немедленный сброс соединения; SYN (synchronization) — синхронизация последовательных номеров; FIN (final) — завершение соединения.

66

Поле «окно» содержит число байт, равное длине окна, т.е. период времени в байтах, когда отправитель ожидает информацию от приёмника.

Поле «проверочная сумма» представляет собой обратный код суммы обратных кодов всех 16-разрядных слов заголовка.

Поле «указатель срочности» указывает последовательный номер байта, которым заканчиваются срочные данные. Это поле становится равным 0, если установлен флаг URG, т.е. весь сегмент становится срочным.

Поле «модификаторы» указывает на дополнительные услуги и может иметь переменную длину, кратную байту.

Поле «заполнитель» имеет переменную длину и дополняет заголовок до целого числа 32-разрядных слов. Поле заполняется нулями.

Рассмотрим типовой диалог между двумя объектами прикладного уровня с использованием протокола ТСР.

Фаза 1 — установление соединения.

Обозначения:N(S) — номер байта, с которого начнёт передавать данные передатчик (ПРД), например, 55.N(R) — номер байта, с которого будет передавать приёмник (ПРМ), например, 202.

Рис. 2.11. Взаимодействие узлов в режиме «прикладной уровень – ТСР»

Для открытия виртуального соединения посылается флаг SYN в сегменте, с которого начнется передача (N(S)=55). Приёмник отвечает сегменту, в котором флаг

67

Прикладной уровень.

Процесс A

Прикладной уровень.

Процесс B

Модуль TCP (A – ПРД)

Модуль TCP(B – ПРМ)

SYN N(S) = 55ACK, 56, SYN N(R) = 202

ACK, 203

Активное открытие виртуального канала

Идентификаци

я открыти

я

Успешное

открытие

Пассивное открытие виртуального канала

Идентификаци

я открыти

я

Успешное

открытие

АСК установлен в 1 и указывает номер байта, с которого он начнёт передавать (N(R)=202). В заголовке этого же сегмента в поле «номер подтверждения» приёмник указывает, что он ожидает от передатчика байт с номером 56. Здесь же передаётся флаг синхронизации SYN. Передатчик (модуль А), получив этот сегмент с подтверждением о готовности приёмника работать, также отвечает сегментом с подтверждением АСК и в поле «номер подтверждения» передатчик указывает, что он ожидает от приёмника байт с номером 203.

После этого виртуальное соединение установлено, о чем модули ТСР извещают свои прикладные процессы.

Фаза 2 — передача данных.

Рис. 2.12. Взаимодействие узлов в режиме «прикладной уровень – ТСР»

Передатчик по созданному виртуальному соединению передаёт данные (30 байт), начиная с байта под номером 56. Приёмник ожидает байт данных именно с этим номером, поэтому после приёма данных приёмник выдаёт сегмент с флагом подтверждения АСК и номером следующего ожидаемого байта N(S)=56+30=86, кроме того, приёмник отсылает в сторону передатчика 100 байт данных, начиная с номера 203, что и ожидает передатчик. Получив 100 байт от приёмника, передатчик выдаёт сегмент с флагом АСК и номером следующего ожидаемого байта N(R)=203+100=303.

Фаза 3 — Плавное закрытие соединения.

68

Прикладной уровень.

Процесс A

Прикладной уровень.

Процесс B

Модуль TCP (A – ПРД)

Модуль TCP(B – ПРМ)

FIN N(S) = 86ACK, 87

Данные N(R) = 303 ACK, 454

FIN N(R) = 454ACK

ACK

Плавное закрытие

Полное закрытие

Завершение

Доставка 150 байт

Окончание

Передача 150 байт

Закрытие

канала Окончание

Завершение

Прикладной уровень.

Процесс A

Прикладной уровень.

Процесс B

Модуль TCP (A – ПРД)

Модуль TCP (B – ПРМ)

Данные N(S) = 56ACK, 86

Данные N(R) = 203 ACK, 303

Доставка 100 байт

Передача 30 байт

Передача 100 байт

Доставка 30 байт

Рис. 2.13. Взаимодействие узлов в режиме «прикладной уровень – ТСР»

Для плавного завершения соединения передатчик отправляет сегмент с флагом FIN и номером байта N(S)=86. Приёмник выдаёт сегмент с флагом подтверждения АСК и номером ожидаемого байта N(S)=87, но у приёмника ещё остались данные для передачи, которые он и отправляет (150 байт), начиная с байта под номером N(R)=303. Передатчик отвечает сегментом с флагом подтверждения АСК и номером ожидаемого байта 454 (303+150+1). На этом виртуальное соединение прикладного уровня разрывается, но остается ещё виртуальное соединение транспортного уровня. Для его разрушения приёмник посылает сегмент с флагом FIN и номером ожидаемого байта N(R)=454. Передатчик отвечает подтверждением, на что приёмник также отвечает сегментом подтверждения АСК. На этом виртуальное соединение на транспортном уровне разрушается.

Контрольные вопросы по главе

1. Дайте определение понятия сети Internet.2. На базе каких сетей возникла Internet?3. Что понимают под структурой сети Internet?4. Опишите обобщённую структуру сети Internet.5. Объясните структуру стека протоколов TCP/IP.6. Построение цифровой системы IP-адреса.7. Особенности цифровой адресации в Internet.8. Построение доменной системы адресов в Internet.9. Поясните основные свойства алгоритма маршрутизации.10. Дайте пояснение понятий «автономная система», «внутренние и внешние

протоколы маршрутизации».11. Назначение маршрутной таблицы.12. Опишите статический алгоритм обновления таблицы.13. Дайте объяснение динамическому алгоритму обновления таблицы маршрутизации.14. Объясните принцип алгоритма Беллмана-Форда.15. Объясните принцип алгоритма Дейкстры.16. Назначение протоколов GGP и RIP.17. Назначение протоколов HELLO, OSPF и IS-IS.18. Основные положения внешнего протокола EGP.19. Назначение внешнего протокола BGP.20. Опишите архитектуру протоколов TCP/IP.21. Основные отличия архитектуры ЭМВОС от TCP/IP.22. Назначение протоколов канального уровня TCP/IP.23. Опишите основные механизмы базового протокола IP.24. Дайте назначение полей формата протокола IP.25. Назначение вспомогательного протокола ICMP.26. Опишите услуги протокола UDP.27. Назначение транспортного протокола ТСР.28. Опишите назначение полей формата TCP-сегмента.29. Объясните взаимодействие объектов прикладного уровня с помощью ТСР.

69

3. ОСНОВНЫЕ СЛУЖБЫ Internet

Несмотря на всю многогранность деятельности Internet, все предлагаемые услуги базируются на трёх основных приложениях — FTP, Telnet и ЭП (электронная почта), которые являются и наиболее «древними» услугами Internet.

Для реализации служб Internet широкое применение нашёл принцип доступа к ресурсам под названием «клиент-сервер». Рассмотрим этот принцип подробнее.

3.1. Принцип метода «клиент-сервер»

Принцип «клиент-сервер» реализует доступ к информационным ресурсам и ввод команд путём использования двух взаимосвязанных программ.

Первая — это программа, которая принимает команды пользователя. Она называется клиент и находится в ПЭВМ пользователя, используя его вычислительные ресурсы.

Вторая программа находится в другой ПЭВМ, которая располагает информационными ресурсами. Эта программа называется — «сервер». (Так как чаще всего серверные части располагаются на системах, работающих под управлением различных вариантов ОС UNIX, то такие программы, в соответствии с принятым в UNIX-системах неформальным названием программ, резидентно находящихся в памяти, называются «демонами» — daemons). «Сервер» принимает заказ от своего удалённого «клиента», обрабатывает его и отправляет обратно требуемую информацию с помощью соответствующего протокола передачи данных.

Таким образом, предоставлением услуг управляют программы, которые состоят, в общем случае, из двух компонентов — клиента и сервера. Ясно, что они могут быть размещены и на одной ПЭВМ. Причём в большинстве случаев на ПЭВМ инсталлирована не одна, а несколько программ-серверов. Например, можно установить связь с другим компьютером через службу Telnet или отослать в удалённую ПЭВМ

70

сообщение с помощью ЭП (электронной почты), или получить с этого компьютера какие-либо файлы через службу FTP. Для выполнения таких задач ПЭВМ должна отличать отдельные службы приложений при помощи различных точек входа — портов. Каждой программе-серверу присваивается определённый номер порта (то есть точки доступа), по которой к этой программе-серверу обращается соответствующий клиент.

Поскольку сеть Internet обеспечивает связь с необозримым множеством ПЭВМ, то для различных программ-серверов установлены определённые номера портов, для использования всеми пользователями. Например, служба Telnet связана с портом 23, служба FTP — с портами 20 и 21.

3.2. Служба FTP — протокол пересылки файлов

Этот протокол FTP — File Transfer Protocol (протокол передачи файлов, RFC 959) является одним из самых используемых ресурсов сети Internet. Основное назначение — даёт возможность пользователям копировать файлы из одного компьютера в другой. Не обязательно, что эти ПЭВМ должны быть подключены к сети Internet — главное, они должны использовать для транспорта стек TCP/IP. То есть в пределах локальной сети, работающей по протоколам TCP/IP, также можно воспользоваться услугами FTP.

Программное обеспечение FTP разделено на две части: одна часть размещается на ПЭВМ, которая содержит необходимые файлы

(это FTP-сервер); другая часть содержится на ПЭВМ, которой эти файлы требуются (это FTP-

клиент).Клиентом может быть локальная ПЭВМ или любая, подсоединённая к сети Internet,

электронная доска объявлений — в принципе, любой процесс.Обе части программы путём взаимодействия друг с другом обеспечивают передачу

файлов. При этом программа-клиент FTP не только реализует протокол передачи данных, но и поддерживает множество команд и параметров для просмотра каталогов FTP-сервера, поиска файлов и управления перемещением данных.

Служба FTP — очень мощное средство, но пользоваться им можно, только в том случае, если абонент зарегистрирован на FTP-сервере. Для этих целей имеются различные команды FTP-клиентов. На FTP-сервере обычно создаются две различные области:

для постоянных пользователей, внесённых в специальный список; области, открытые для общего пользования, к которым разрешается

анонимный доступ.Хотя анонимный доступ достаточно популярен, его эффективность в сети Internet не

гарантируется. Многие владельцы информационных ресурсов ограничивают количество анонимных пользователей, чтобы облегчить доступ к FTP-серверам постоянных пользователей.

Для установления связи с FTP-сервером вводится команда “ftp”, затем IP-адрес этого сервера или его доменное имя. После того, как устанавливается связь с FTP-сервером, на экране ПЭВМ появится предложение ввести имя пользователя-клиента. Если пользователь зарегистрирован в системе, то он вводит своё имя и пароль, а если же

71

осуществляется анонимный доступ, то в качестве имени вводится “anonymous”, а паролем является адрес электронной почты (например, johnsmith@server.org).

После того, как пользователь входит в систему FTP-сервера, необходимо определиться с форматами пересылки файлов. Если использовать формат кода ASCII (что по умолчанию предлагают все Windows-системы), то двоичные файлы при пересылке могут быть искажены, так как формат ASCII работает с 7-битными символами. То же случится и при пересылке в ASCII текстов с русскими буквами. Поэтому при подключении к серверу практически все FTP-клиенты (за исключением простейших) переходят в двоичный режим, оперирующий с 8-битовыми символами. Такой режим по умолчанию установлен на всех UNIX-системах. Для перехода в двоичный режим в командной строке FTP-клиента набирается команда “bin”.

3.3. Служба Telnet — протокол удалённого доступа

Служба Telnet — это одна из самых старых информационных технологий сети Internet, (RFC 933, 946). При этом служба Telnet имеет следующую триаду объектов:

telnet — интерфейс пользователя; telnetd — процесс (сервер); TELNET — протокол.

Эта триада обеспечивает описание и реализацию некоторого виртуального сетевого терминала, имеющего доступ к ресурсам удалённой ПЭВМ. Причём служба Telnet задаётся протоколом уровня приложений, расположенного над транспортным уровнем, то есть над протоколами ТСР и UDP. Рассмотрим функционирование службы Telnet подробнее.

Терминальная программа «user» (во многом аналогичная программе «клиент») и процесс «server», работающий с этой программой, преобразуют характеристики физических устройств в параметры стандартного сетевого виртуального терминала — NVT (Network Virtual Terminal). Концепция NVT (сетевой виртуальный терминал) позволяет обеспечить доступ к ресурсам удалённой ПЭВМ с любого терминального устройства. Вообще в протоколе TELNET сетевой виртуальный терминал определён как «двунаправленное символьное устройство, состоящее из принтера и клавиатуры». Принтер предназначен для отображения приходящей по сети информации, а клавиатура — для ввода данных, передаваемых по сети.

Принтер имеет «неограниченные» ширину и длину страницы, и может отображать все символы кода ASCII. Клавиатура, помимо возможностей ввода всех символов ASCII, может генерировать специальные стандартные функции управления терминалом (например, возврат каретки, перевод строки, включить/выключить двигатель принтера и т.п.). Стандарт интерфейса пользователя telnet определяет 5 таких функций, которые представлены в стандартной форме команды. Это 2-х байтовая последовательность, состоящая из ESC-символа (№255) и кода команды (№240 ÷ №255).

Симметрия взаимодействия по интерфейсу telnet позволяет в течение одной сессии программе «user» и программе «server» несколько раз меняться местами (точнее ролями). Это принципиально отличает взаимодействие в рамках интерфейса telnet от традиционной схемы взаимодействия «клиент-сервер».

Для того чтобы протокол TELNET нормально функционировал, необходимы соответствующие программы, его реализующие. Это программы telnet и telnetd.

72

Программа-сервер (telnetd) — это сервер, обслуживающий протокол TELNET. Обычно программе telnetd соответствует TCP-порт под №23, но сервер может иметь и другую точку доступа, то есть порт с другим номером. Вообще существуют различные порты службы Telnet для различных отдельных областей, например, отдельный порт для раздела «География», другой порт — «Биология» и т.п.

В случае поступления запроса на обслуживание программа telnetd назначает каждому удалённому клиенту виртуальный терминал и обменивается с этим удалённым клиентом командами настройки (параметры эхо-сигнала, тип терминала, скорость обмена и т.п.).

Программа-клиент (telnet) — это интерфейс пользователя при работе по протоколу TELNET. Программа telnet работает в двух режимах:

в режиме командной строки; в режиме удалённого терминала.

При работе в режиме удалённого терминала программа telnet позволяет работать с буферизацией данных и без неё.

При работе без буферизации каждый введённый символ немедленно отправляется на удалённую ПЭВМ, откуда приходит «эхо».

При работе с буфером введённые символы накапливаются в локальном буфере виртуального сетевого терминала (NVT), а затем отправляются на удалённую ПЭВМ в виде пакета.

Как только устанавливается связь с удалённой ПЭВМ, служба Telnet автоматически переключается в «прозрачный» режим. Это означает, что как программа telnet, так и программа telnetd на подключённом компьютере работают в фоновом режиме. При этом можно работать с пользовательским интерфейсом другой системы точно так же, как с установленным на своей ПЭВМ. Архитектура службы Telnet типа telnet/telnetd управляет в данном случае только вводом и обработкой команд. Служба Telnet становится снова «видимой» только при переходе в командный режим.

3.4. Служба «Электронная почта»

Наиболее важной сферой применения сети Internet, в настоящее время, является служба электронная почта — Electronic Mail (e-mail) — метод передачи почтовых сообщений электронным способом. Подробно этот вид службы будет рассмотрен в отдельной теме.

На базе рассмотренных основных информационных служб реализуются многочисленные системы обслуживания сети Internet.

3.5. Система Usenet

Система Usenet есть электронная доска объявлений, в которой может участвовать любой пользователь сети Internet. Эта система позволяет пользователям, живущим в любых точках земного шара, участвовать в дискуссиях по тысячам различных тем. Такая система распределённых по темам сообщений существовала вначале независимо от Internet, а затем стала основой для службы Usenet.

73

Узлы, использующие почтовый протокол UUCP, стали устанавливать всё более тесную связь с Internet. Постепенно появилось множество постоянно действующих групп, общающихся через телеконференции — Newsgroups. Для обеспечения взаимосвязи между сетью Internet и этими телеконференциями, работающими на базе протокола UUCP, был разработан специальный протокол NNTP — Network News Transfer Protocol, то есть протокол пересылки сетевых новостей. Однако в настоящее время телеконференции Usenet продолжают функционировать и на базе протокола UUCP. В сети же Internet, несмотря на прогресс в развитии Usenet, до последнего времени наиболее популярно применение метода доступа через службу электронной почты — e-mail.

Поэтому, хотя Usenet является полезным ресурсом Internet, самостоятельной службой она ещё не стала и рассматривается как разновидность службы «электронная почта» (e-mail).

Протокол NNTP действует по принятой в семействе протоколов TCP/IP схеме: NNTP-сервер прослушивает TCP-порт №119; клиент устанавливает TCP-соединение с NNTP-сервером и ждёт подтверждения. NNTP-сервер посылает подтверждение клиенту и разрешает послать новое сообщение.

Процедура чтения новостей в соответствии с протоколом UUCP достаточно громоздка. Если пользователь подключается в первый раз или хочет подписаться на какие-то новые конференции, то он пишет на адрес Usenet-сервера электронное письмо заданного формата, запрашивая список конференций. Затем, подключившись к почтовому серверу, отправляет это письмо. Ответ от Usenet-сервера приходит в виде письма в почтовый ящик пользователя. В ответе содержатся точные названия конференций, возможно с кратким описанием их тематики (правда, создатели конференций обычно стараются называть их так, чтобы было понятно без дополнительных разъяснений). Затем, выбрав интересующие его конференции, пользователь в очередном письме отправляет их Usenet-серверу, чтобы тот прислал список статей (писем) в данных конференциях. В следующий раз, подключившись к своему почтовому ящику, пользователь забирает письмо от Usenet-сервера, и, выбрав по названиям писем интересующие его, запрашивает третьим письмом все нужные статьи. Таким образом, необходимо отправить по меньшей мере 2 письма Usenet-серверу (если пользователь уже знает, какие конференции его интересуют) и получить 2 ответа от него. Причём, размер приходящих ответов (в зависимости от насыщенности конференции) может быть достаточно велик (до нескольких мегабайт), что при низкоскоростных каналах весьма дорогостоящее удовольствие. Ответ на письмо потребует ещё одного подключения.

При работе по протоколу NNTP вся процедура значительно упрощается. Пользователь с помощью соответствующей программы-клиента (например, Pine, tin, Netscape Messenger) подключается к news-серверу, и весь обмен информацией происходит «на лету» — то есть никаких писем посылать не нужно: на экране появится список либо всех конференций, либо только тех, на которые пользователь подписан. Действуя далее в интерактивном режиме, пользователь выбирает интересующую его конференцию и письмо. При этом текст письма сразу появляется на экране и можно незамедлительно ответить автору. Можно также написать собственное письмо и тут же поместить его в соответствующую конференцию.

Помимо службы Usenet, очень активно развиваются системы IRC и ICQ. Первая система — конференция в режиме on-line (IRC — Internet Relay Chat — разговоры в Internet). При использовании Usenet ответ можно получить только в зависимости от того, насколько часто другие участники конференции просматривают её и каковы задержки серверов при доставке почты, и, таким образом, ответ может придти лишь на

74

следующий день. Некоторые же вопросы требуют безотлагательного решения и тогда можно воспользоваться системой IRC — спросить пользователей, подключённых к соответствующему серверу. Так как они находятся в режиме on-line, то на экране у них постоянно присутствует текст ведущихся диалогов и дискуссий и любой участник может дать свой совет.

Другой набирающей обороты услугой является Internet-пейджер — ICQ (сокращение созвучной английской фразы I Seek You — я ищу тебя). Функционально она ничем не отличается от обычного пейджера, но полезна лишь в том случае, если пользователь большую часть времени проводит в on-line. В интрасетях эта услуга очень популярна, так как позволяет пересылать, не вставая из-за рабочего стола, как коротенькие записки, вроде «Пора обедать», так и мегабайтные файлы рабочей документации.

3.6. Информационно-поисковые системы

В сети Internet существует несколько информационно-поисковых систем. Рассмотрим некоторые из них.

3.6.1. Система Archie

Количество файлов, доступных для службы FTP, огромно и постоянно растёт. В настоящее время в сети Internet более 10000 узлов, доступных с помощью анонимного FTP. На этих узлах содержится более 10 млн. файлов, которые поддерживают различные операционные системы — MS-DOS, Windows, Unix и другие. В этом море информации трудно найти нужный файл, но для облегчения поиска разработана информационно-справочная система, которая называется Archie. Таким образом, Archie представляет собой информационную систему, основой которой является база данных, содержащая имена узлов, каталогов, подкаталогов и файлов. Эта база постоянно обновляется и поддерживается в актуальном состоянии. База данных обслуживается специальными Archie-серверами, расположенными в различных узлах сети Internet. Она обновляется периодически, через каждые 30 дней, причём за этот период времени однократно просматриваются все FTP-ресурсы.

Для реализации работы с Archie-сервером можно установить связь с этой системой тремя способами:

с помощью специальной программы локального интерфейса Archie-клиента; с помощью ресурсов службы Telnet; с помощью ресурсов службы электронная почта (e-mail).

Разнообразие способов доступа облегчает работу с этой информационно-справочной системой, делая её максимально дружественной к пользователю.

3.6.2. Система Gopher

Система Gopher («Сурок») была разработана на базе метода клиент/сервер в университете Миннесота с целью максимально облегчить доступ к различным ресурсам Internet.

75

Если при поиске определённого файла, например, с помощью системы Archie, сначала находится адрес FTP-сервера, на котором находится файл, затем устанавливается FTP-соединение с необходимым сервером, то система Gopher сама выполняет обе эти операции и затем перемещает в ПЭВМ искомый файл. Таким же образом, при необходимости, система Gopher сама устанавливает Telnet-связь с соответствующим сервером. При этом отдельные Gopher-серверы не только могут связываться с серверами других служб Internet, но и в большинстве случаев связаны друг с другом. Благодаря этому, можно через один локальный Gopher-сервер получить доступ к различным ресурсам сети Internet.

Gopher-сервер выполняет функции доступа к файловым архивам и протоколам передачи Internet (FTP, TCP/IP) для пересылки найденной информации программам-клиентам, запросившим эту информацию.

При взаимодействии сервер ожидает запросов пользователя по порту ТСР под номером 70, соответственно посылает в этот порт запросы. После ответа сервера соединение разрывается, а при новом запросе должно устанавливаться снова.

3.6.3. Система WAIS

Сетевая информационная система WAIS — Wide Area Information Service — представляет собой систему, которая обеспечивает поиск документа по определённой теме на базе ключевых слов. В отличие от системы Archie, WAIS просматривает содержание «своих» документов по заданным клиентом критериям поиска вместо того, чтобы просто сравнивать с этими критериями только имена файлов.

Система WAIS была создана для обеспечения несложного, последовательного интерфейса для поиска информации в БД (базах данных), доступных через сеть Internet. Поскольку система WAIS стала необычайно популярной, к ней было подключено большое количество БД — от хранящих бесплатную информацию до специализированных и дорогих. Сейчас свободный доступ имеется почти к 700 БД, содержащих сведения от кулинарных рецептов до решения сложных технических проблем.

В отличие от системы Gopher, в которой необходимо просмотреть несколько меню, прежде чем доберешься до хоста, имеющего нужную базу данных (БД), система WAIS разрешает подключиться к WAIS-серверу, который работает с информацией, предоставляемой другими WAIS-серверами. Конечный WAIS-сервер подключится к выбранной БД, выполнит запрос клиента и возвратит результаты поиска. Система WAIS-клиент реализуется на ПЭВМ пользователя. Кроме того, доступ к ресурсам системы WAIS можно получить, если связаться с помощью службы Telnet с хост-ЭВМ.

3.6.4. Система WWW

Система WWW (3W или W3) — World Wide Web (всемирная паутина) является одной из самых новых и удивительных по возможностям информационных систем. Система 3W является распределённой сетевой гипермедиаинформационной системой, основанной на механизме клиент/сервер.

Термин “web” (паутина) характеризует схему связей между отдельными файлами. В случае древовидной (обычной) структуры имеется корневой каталог, от которого

76

отходят различные разветвляющиеся подкаталоги, например, система расположения файлов в MS-DOS. Находясь в одной из ветвей такой системы, можно переходить либо в подкаталоги более низшего уровня, либо (обратным путём) в каталог более высокого уровня, от которого отходит данная ветвь. Но в древовидной структуре невозможно перейти из одного каталога в другой, если эти каталоги не имеют общего корня, т.е. не связаны непосредственно. В отличие от такой схемы, структура Web создаёт связи между отдельными файлами. При этом появляется возможность прямо переходить из одного файла в любой другой. Такая структура напоминает паутину.

Идея гипертекстовой информационной системы состоит в том, что пользователь имеет возможность просматривать документы (страницы текста) в том порядке, в котором ему это больше нравится, а не последовательно, как это обычно принято при чтении книг. Достигается это путём создания специального механизма связи различных страниц текста при помощи гипертекстовых ссылок. Таким образом, если в обычном тексте есть ссылки типа «следующий-предыдущий», то у гипертекста может быть сколь угодно много ссылок любого типа, например, ссылки на энциклопедию, библию, системы “Help”, художественные иллюстрации, музыкальные фрагменты и т.д. Механизм построения ссылок приводит к расширению понятия гипертекста за счёт других информационных ресурсов, включая графику, аудио и видеоинформацию, до понятия гипермедиа. Рассмотрим это понятие более подробно.

Разработчики системы 3W, на основе идеи гипертекста, пошли дальше и создали новую форму, названную гипермедиа, которая позволяет связывать не только слова, но также и рисунки, звуки или файлы любого типа данных, которые можно хранить в памяти ПЭВМ. Гипермедиа в среде 3W позволила организовать множество интересных и разнообразных приложений — от журналов до фотографий и видеороликов, и даже ежедневных мультфильмов.

Основными компонентами технологии 3W являются: язык гипертекстовой разметки документов — HTLM (Hyper Text Markup

Language); универсальный способ адресации ресурсов в сети — URL (Universal Resource

Locator); протокол обмена гипертекстовой информацией — HTTP (Hyper Text Transfer

Protocol); универсальный интерфейс шлюзов — CGI (Common Gateway Interface).

Рассмотрим эти компоненты подробнее.Язык HTML базируется на стандартном языке разметки печатных документов.

Гипертекстовая база данных в концепции 3W — это набор текстовых файлов, написанных на языке HTML, который определяет форму представления информации (разметка) и структуру связей этих файлов (гипертекстовые ссылки). Спецификация языка постоянно развивается и в настоящее время помимо спецификации DHTML (Dynamic HTML — динамический HTML), позволяющей менять содержимое документа «на лету» в зависимости от действий пользователя, определён ряд расширений, дающих возможность создавать целые трёхмерные виртуальные миры (XML, VRML и др.). Спецификация DHTML имеет версию 4.0 и является на данный момент стандартом.

Универсальный идентификатор URL определяет способ записи (кодирования) адресов различных информационных ресурсов при обращении к ним из страниц системы 3W. Первоначально это были FTP-архивы, а сейчас Gopher, WAIS, USENET, Telnet и E-mail.

77

HTTP — этот протокол прикладного уровня использует для обслуживания порт 80. Сообщения по сети при использовании протокола НТТР передаются в формате, схожем с форматом почтового сообщения сети Internet. Протокол НТТР используется для взаимодействия программ-клиентов с программами-шлюзами, разрешающими доступ к ресурсам E-mail, FTP, Gopher и WAIS. Практика использования протокола такова, что клиент устанавливает соединение и ждёт ответа сервера. После отправки ответа сервер разрывает соединение.

Для просмотра web-ресурсов было разработано множество программ-клиентов. Они называются browsers (обозреватели). Начало положил текстовый браузер lynx, работающий в ОС UNIX. Он работает исключительно быстро, так как не требуется загрузка графики, аудио, видео — на клиентскую сторону передаётся лишь сам текст. Однако, конечно, этого недостаточно и первопроходцем в области графических браузеров стал Mosaic. Эта программа также работает в системе UNIX.

По мере популяризации Internet, многие пользователи, не знакомые доселе ни с сетью, ни, тем более, с UNIX, всё же получили возможность работать в Internet с помощью браузеров, написанных для Windows. Для этой операционной системы разработано несколько различных обозревателей — Internet Explorer, Netscape Navigator, Opera, Ariadna (отечественная разработка) и ряд других. Все они бесплатны (как для Windows, так и для UNIX), поэтому конкуренцию выдерживают лишь крупнейшие компании. В связи с этим, наибольшее распространение получили Internet Explorer фирмы Microsoft и Netscape Navigator фирмы Netscape Communications Corporation. Последний существует также в версии для ОС UNIX.

Сервер 3W — это программа, которая принимает запросы от клиентов и отвечает на них. В качестве ответа может быть HTML-документ, хранящийся в базе данных сервера; графический образ; звукозапись, фильм или ответ внешней программы.

Универсальный интерфейс CGI был разработан для расширения возможностей системы 3W за счёт подключения внешнего программного обеспечения. Сервер взаимодействует с программами через стандартные потоки ввода/вывода, что значительно упрощает программирование. Интерфейс CGI определяет порядок взаимодействия сервера НТТР с прикладной программой, а также механизм реального обмена данными и управляющими командами в этом взаимодействии, что не определено в протоколе НТТР.

Контрольные вопросы по главе

1. Объясните принцип метода «клиент-сервер».2. Назначение службы FTP.3. Назначение триады объектов службы Telnet.4. Концепция виртуального терминала Telnet.5. Назначение доски объявлений Usenet.6. Принцип действия протокола NNTP.7. Назначение информационно-поисковой системы Archie.8. Основные отличия поисковой системы Gopher от Archie.9. Назначение поисковой системы WAIS.10. Особенности поисковой системы WWW.11. Объясните понятия «гипертекст» и «гипермедиа».12. Основные компоненты технологии WWW.

78

4. ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА

Электронная почта (ЭП) — это многозначный термин, используемый для определения процесса передачи сообщений между ПЭВМ. Сообщения могут быть и простыми записками, пересылаемыми в соседнюю комнату, и мультимедийными изображениями, передаваемыми на другой континент.

4.1. Электронная почта в учреждении

Электронная почта появилась в начале 60-х годов и первоначально была названа CBMS — Computer Based Messaging System (компьютерная система передачи сообщений). Затем в 1974 г. фирма Western Union зарегистрировала торговую марку Electronic Mail (электронная почта или e-mail). Программисты, работающие за терминалами, разработали простые программы обмена сообщениями. Оператор ЭВМ посылал сообщения на терминалы в другие комнаты или здания. На первом этапе эти отправляемые сообщения немедленно появлялись на экране терминала, но со временем появилась возможность хранить сообщения в памяти ЭВМ, например при отсутствии получателя. Причём некоторые системы e-mail извещали получателя о прибытии почты.

По мере роста числа терминалов и пересылаемых сообщений стало неудобно пользоваться одним общим электронным почтовым ящиком. Было разработано программное обеспечение, позволяющее пользователю иметь свой собственный почтовый ящик.

Применение ЭП в основном ограничивалось высшими учебными заведениями, где были сосредоточены значительные вычислительные ресурсы. С появлением мини-ЭВМ принципами ЭП стало пользоваться всё большее число компаний.

79

По мере повышения производительности персональных компьютеров (ПК), потребность в отдельных терминалах и концентраторах отпала, поскольку ПЭВМ стали непосредственно соединяться между собой, образуя локальную сеть — ЛВС.

ЛВС постепенно становились дешевле и доступнее (например, сеть Ethernet уже 15 лет выпускается серийно). Соответственно увеличилось и число способов реализации ЭП с использованием ЛВС. Возникла потребность в более разветвлённых системах. Острая проблема связи удалённых ПЭВМ явилась отправной точкой для быстрого развития телекоммуникационных технологий.

Теперь термин «электронная почта» применяется для обозначения двух различных, но взаимосвязанных служб.

Локальная электронная почта применяется в основном для деловых приложений в рамках одного офиса или предприятия. Она связана с пакетами программ, осуществляющих пересылку сообщений в ЛВС.

Глобальная электронная почта используется в деловой деятельности и в частной жизни. Она является частью глобальных сетей и системы электронных досок объявлений.

Большинство систем ЭП функционируют в сетевых структурах, причём сеть может состоять из двух ПК или быть огромной как сеть Internet.

Простейшее соединение двух ПК можно организовать путём подключения одного ПК к другому отрезком двухпроводного кабеля — так называемый нуль-модем. Такая простейшая ЭП целесообразна для перезаписи файлов с блокнотного ПК на офисный компьютер.

В небольших ЛВС (до 5 ПЭВМ) все рабочие станции соединяются общим кабелем, образуя топологию шина или кольцо. Причём ЭП является одним из основных факторов, обуславливающих создание ЛВС, поскольку ЭП в локальных сетях практически бесплатна.

В ЛВС большого размера рабочие станции подсоединяются к одному центральному компьютеру — серверу и работают с программным обеспечением (ПО) и данными расположенными на этом сервере. Программное обеспечение сервера называется почтовым отделением.

Сообщения, предназначенные для отправки, выбираются из почтового ящика исходящей почты клиента и пересылаются в почтовое отделение сервера. Сообщения, предназначенные для клиента, отправляются из почтового отделения сервера в почтовый ящик получателя, естественно в его «входящую почту».

Применение ЭП позволяет просто и быстро обрабатывать входящие и исходящие документы. По оценкам специалистов в 1995 году в мире насчитывалось 70 млн. пользователей ЭП и к 1998 году число электронных почтовых ящиков возросло до 250 млн. штук. Причём быстрее всего растет число пользователей локальной электронной почты (т.е. ЛВС), причём ежегодный прирост достигает 70%.

Сравнение ЭП логично проводить с традиционной почтой и телефонной связью, поскольку они широко используются в учреждениях. Начнём с обычной почты.

Стоимость. После достаточно больших первоначальных расходов на оборудование и установку ЭП, стоимость её эксплуатации определяется только стоимостью эксплуатации линий связи, расходами на электроэнергию и тарифами на местную и междугородную телефонную связь. Пересылка сообщений внутри ЛВС выполняется бесплатно.

Скорость доставки. Электронные письма прибывают в пункт назначения практически мгновенно (единицы секунд в худшем случае). Традиционной почте требуется не менее трёх дней для доставки письма.

Массовая рассылка писем. Такое требуется, например, при рассылке приглашений на различные массовые мероприятия (конференции, выставки, симпозиумы и т.п.). В случае применения ЭП достаточно составить список адресов и

80

доставить его в сервер. Текст письма одновременно рассылается согласно этому списку.

Безбумажное делопроизводство. Хранение копий входящих и исходящих электронных писем занимает существенно меньше места по сравнению со шкафами, хранящими бумажную корреспонденцию.

Проведём аналогичное сравнение ЭП с телефонной связью.Стоимость. Пересылка с помощью ЭП документа на 20 страниц занимает

несколько секунд. Если попытаться передать эту информацию по телефону, то это будет достаточно дорого при повременной оплате телефонных разговоров. Кроме того, стоимость пересылки с помощью ЭП не зависит от местонахождения получателя.

Документальность. При разговоре по телефону приходится запоминать или конспектировать необходимую информацию. ЭП позволяет сохранять сообщения и легко их находить, более того можно проводить документальный диалог, заключать договоры и т.п.

Подводя итог, можно отметить, что ЭП обладает следующими преимуществами:– упорядочиваются информационные потоки в учреждении;– происходит интеграция средств связи в учреждении;– облегчается планирование разнообразных мероприятий;– улучшается информационное обеспечение деловой деятельности;– заметно повышается производительность труда;– снижаются затраты на телефонные разговоры и факсимильные сообщения;– повышается оперативность принятия решений.

Однако ЭП представляет собой далеко на идеальную технологию.Не каждый работник легко осваивает работу с ЭП и предпочитает обычные

средства связи и технологии. Это происходит потому, что ЭП есть не только новая технология, но и новая культура общения.

Программное обеспечение ЭП постоянно развивается, поэтому требуется постоянная переподготовка персонала.

Наибольший эффект ЭП даёт при полном охвате всех сотрудников учреждения, поэтому у каждого сотрудника должен быть свой ПК. Естественно, это требует существенных первоначальных затрат.

Сбои в работе ПК и особенно серверов могут полностью вывести из строя ЭП. То же самое произойдёт при отключении сетевого питания. Поэтому для повышения надёжности необходимо принимать специальные меры, а они тоже стоят денег.

Рассмотрим наиболее простой способ реализации ЭП в учреждении. Для этого используется пакет прикладных программ Pegasus Mail, который легко устанавливается, достаточно надёжно работает и прост в обращении. Для рассылки и приёма сообщений этот пакет использует применяемые в операционной системе ЛВС типа Net Ware имена пользователей и групп. Недостатком данного пакета является отсутствие средств обмена корреспонденцией с внешними сетями — пакет работает только в ЛВС Net Ware. Благодаря использованию имён пользователей и групп, применяемых сетевой операционной системой, для него не нужно специально регистрировать пользователей ЭП. После поступления сообщения в ЛВС пользователь получает об этом уведомление в нижней части экрана.

Пакет Pegasus Mail можно конфигурировать по своим потребностям, например, можно составлять постоянные списки рассылки документов, перенаправлять почту другим сотрудникам, архивировать старую корреспонденцию.

В настоящее время ЭП вышла за рамки внутриофисных коммуникаций и стала обеспечивать сетевые услуги в глобальном масштабе — в виде коммерческих сетей ЭП, таких как Sprint Mail, AT&T mail и других. Хотя не стоит забывать о таких достоинствах локальных систем ЭП как секретность, низкая стоимость и высокая функциональность.

81

4.2. Электронная почта в Internet

Как уже не раз отмечалось, ЭП это одна из важнейших служб сети Internet. Она является самым массовым средством электронных коммуникаций. Любой из пользователей Internet имеет свой почтовый ящик в сети и может через ЭП получить доступ к информационным ресурсам других сетей.

Существуют два различных метода пересылки электронной почты.1 метод. Большая часть электронной почты (e-mail) передается с

использованием метода с промежуточным хранением данных. Этот метод используется тогда, когда хост-ЭВМ подключена к Internet не постоянно. Сообщение пользователя хранится в хост-ЭВМ до момента её подключения к Internet, а затем передаётся в почтовый ящик получателя. При использовании такого подхода сообщение может идти до адресата часы и даже дни.

2 метод. Этот более быстрый способ заключается в использовании почтовыми серверами для передачи протокола SMTP (Simple Mail Transfer Protocol — простой протокол пересылки почты). В этом случае при появлении почтового сообщения почтовый сервер сразу же вступает в контакт с адресатом и отправляет это сообщение. Электронная почта, посылаемая таким методом, может за секунды обойти Земной Шар.

Рассмотрим систему адресации ЭП в Internet.4.2.1. Система адресов ЭП в Internet

Ясно, что основой любой почтовой службы является система адресов. В сети Internet принята система адресов, которая базируется на доменном адресе ПК, подключённого к сети. Как и любой адрес, адрес в e-mail (ЭП) состоит из двух частей: «кому» и «куда». «Кому» — это идентификатор (имя) пользователя, «Куда» — это имя домена его ПК. Для разделения этих двух частей используется символ @ (читается «эт»).

Стандартный формат адреса e-mail в сети Internet имеет следующий вид:имя пользователя@машина.сеть.имя домена верхнего уровняНапример, студент Иванов работает на ПК “andrew” в Самарской сети “ssu”.

Тогда адрес почтового сообщения будет выглядеть следующим образом:ivanov@andrew.ssu.samara.ru

4.2.2. Формат почтового сообщения

Формат почтового сообщения в сети Internet определён в документе RFC-822. Почтовое сообщение состоит только из трёх частей: конверта, заголовка и тела сообщения.

Конверт используется только программами доставки.Заголовок всегда находится перед телом сообщения и отделен от него пустой

строкой. Документ RFC-822 регламентирует содержание заголовка сообщения, который состоит из полей. В свою очередь поле состоит из имени поля и содержания поля. Имя поля отделено от содержания символом «:». В заголовке всегда есть следующие поля, которые представлены в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Имя поля Содержание поля

FROM (откуда) Адрес отправителя сообщения

82

ТО (куда) Адрес получателя сообщенияСС Адреса получателей копий сообщенияDATE Время и дата отправки сообщенияMESSAGE ID Идентификатор, используемый программами e-mailSUBJECT Тема (краткое описание) сообщения

В заголовок могут входить и другие поля, но обычно они вставляются и используются программами e-mail (т.е. в конверт) и для пользователя не существуют.

Тело сообщения. В сети Internet не принято посылать сообщения объёмом больше 64 Кбайт. Большие сообщения разбиваются на несколько мелких частей не больше 64 Кбайт.

Подписи. В Internet подписи превратились в своеобразный вид искусства. Многие пользователи создают картинки из символов стандартного набора ASCII. Основное отличие между e-mail в сети Internet и ЭП ЛВС, например, типа LOTUS ccMail, состоит в том, что почтовые серверы Internet обычно способны обрабатывать сообщения, состоящие только из символов кода ASCII. Но некоторые файлы содержат множество других символов, которые нельзя отобразить на экране. Такие файлы называют двоичными или бинарными.

Наиболее известным способом поддержки двоичных файлов является использование метода преобразования UU Encode. Согласно этому методу двоичный файл преобразуется в символы кода ASCII, а затем, чтобы его можно было переслать по e-mail, разбивается на куски меньше 64 Кбайт. Получатель записывает содержащее файл сообщение в свой ПК и выполняет преобразование UU Decode, которое обратно UU Encode. В результате снова восстанавливается исходный двоичный файл. Хотя этот метод работает очень хорошо, но чтобы пользоваться им, отправителю и получателю необходимо иметь некоторые технические знания и навыки.

Более новый способ пересылки двоичных файлов заключается в применении стандарта MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions — многоцелевые расширения почты Internet). Технология MIME позволяет вкладывать в сообщение e-mail двоичные данные и даже ссылку на файл, находящийся на другом ПК сети Internet, причём для пользователей (отправителя и получателя) вся техническая сторона является закрытой.

4.2.3. Протоколы ЭП в сети Internet

Среди обширного набора протоколов сети Internet следует выделить 5 основных протоколов, на базе которых реализованы прикладные процессы ЭП сети Internet, а именно:

– SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — простой протокол пересылки почты в основном текстового типа; причём формат сообщений должен соответствовать стандарту RFC-822;

– UUCP (Unix-to-Unix Copy Program) — протокол пересылки почты методом коммутации сообщений, применяемый при редкой и низкоскоростной работе в режиме on-line (RFC-976);

– POP (Post Office Protocol) — протокол почтового отделения, обеспечивающий службу почтовых ящиков в соответствии со стандартом RFC-1225;

– IMAP (Internet Messages Access Protocol) — по своим функциям аналогичен протоколу POP, однако имеет ряд расширений для повышения удобства работы пользователей; описывается стандартом RFC-2060;

– NNTP (Network Mews Transfer Protocol) — протокол сетевой пересылки новостей по стандарту RFC-977;

83

– DNS (Domain Name System) — доменная система имён, обеспечивающая соответствие (отображение) имён хост-ЭВМ и сетевых адресов по стандартам RFC-1033 и RFC-1034.

Общая схема взаимодействия протоколов ЭП и базовых протоколов сети Internet TCP/IP приведена на рис. 4.1.

Для реализации ЭП в сети Internet преимущественно используется более надёжный протокол ТСР, а на уровне взаимодействия прикладных процессов применяется механизм «клиент/сервер» (см. п. 3.1).

Общее пространство имен объектов (узлов, хост-ЭВМ и пользователей) сети Internet обслуживается специальной сетевой службой DNS. Эта служба состоит из совокупности N-серверов (Name Server), протоколов взаимодействия пользователей со службой DNS и различных процедур обработки адресов:

– поиск;– адресное разрешение;– отображение адресов;– выдача адресных справок.N-серверы (серверы имён) взаимодействуют с пользователями по схеме

«клиент/сервер». Каждый сервер ведёт свою базу адресов. Совокупность адресных баз данных, которые в целях повышения эффективности частично пересекаются и дублируют информацию, составляет распределённую адресную базу данных службы DNS.

Служба DNS обслуживает запросы в так называемом режиме «пулевой» службы. Суть этого метода — программа запускает запрос (пулю) с именем домена, а служба DNS быстро отвечает ответом (ответной пулей) на запрос.

Основной службой передачи почтовых сообщений в сети Internet является подсистема SMTP, которая реализует одноимённый протокол (простой протокол пересылки почты). SMTP является протоколом коммутационного типа, т.е. с промежуточным хранением и передачей сообщений в отдельных сетевых узлах. Каждое сообщение в протоколе SMTP содержит две части — конверт и содержание.

Рис. 4.1. Основные протоколы ЭП Internet

84

SMTP POP IMAPUUCP NNTP DNSПротоколы поддержки

ЭП

прикладной уровень

TCP UDP транспортный уровень

IP межсетевой уровень

сеть Bсеть A сеть C

Конверт протокола SMTP состоит из адреса отправителя сообщения; одного или нескольких адресов получателей и, наконец, параметров режима доставки сообщения. Адрес ЭП содержит имена доменов в их каноническом (цифровом) виде.

Протокол SMTP обеспечивает 4 различных режима доставки почтовых сообщений:– доставка почтового сообщения в указанный почтовый ящик получателя;– доставка и отображение почтового сообщения в каждом терминале, которые в

данный момент активны;– доставка и отображение на терминал или пересылка в почтовый ящик

пользователя;– доставка почтового сообщения в почтовый ящик получателя и, если

получатель активен, отображение сообщения на этом терминале.Правила адресации в протоколе SMTP предусматривают использование

специального группового адреса — алиаса (англ. alias — псевдоним), который представляет собой адрес получателя и адрес его почтового ящика. Алиас может определять некоторый список рассылки сообщения или даже группу адресов. Процедура адресного расширения выполняется программой ЭП у агента пересылки сообщений (АПС) и состоит в генерации списка значений алиаса. Значения этого списка, т.е. адреса получателей, называются подписчиками списка рассылки.

Протокол SMTP является протоколом прикладного уровня и использует транспортный протокол ТСР. SMTP-сервер постоянно прослушивает порт №25 узла TCP. Клиент устанавливает TCP-соединение с SMTP-сервером и ждёт подтверждения от сервера. SMTP-сервер подтверждает две ситуации:

– соединение с клиентом установлено;– состояние локального агента пересылки сообщения активно.Если клиенту пришло подтверждение, то клиент идентифицирует себя и

начинает одну или несколько передач. После завершения сеанса связи с SMTP-сервером клиент ждёт от сервера подтверждения и затем завершает TCP-соединение (как вы помните это виртуальное соединение).

Другим протоколом, очень широко применяемым в сети Internet, является протокол UUCP (Unix-Unix-Copy-Program). Обычно протокол UUCP хорошо подходит для использования на коммутируемых телефонных каналах при скоростях 1200÷19200 бит/с.

Рассмотрим различия между протоколами SMTP и UUCP. При использовании протокола SMTP находится машина-получатель почтового сообщения и с ней устанавливается взаимодействие в режиме “on-line” для того, чтобы передать это сообщение в почтовый ящик данной машины. При этом почтовое сообщение достигает почтового ящика получателя достаточно быстро (секунды или минуты в зависимости от размеров письма и скорости канала связи) и время получения почтового сообщения зависит только от того, как часто пользователь просматривает свой почтовый ящик либо от его активности (включена ли ПЭВМ и каков режим в протоколе SMTP). Однако процесс передачи сообщения реализуется по принципу коммутации сообщений, то есть с полным переприёмом сообщения на каждом промежуточном узле. Это сделано для того, чтобы в случае неготовности узла-приёмника сообщение не потерялось, а осталось в буфере предыдущего сервера и было бы впоследствии доставлено. В случае неработоспособности узла-получателя в течение определённого периода (по умолчанию 5 суток) промежуточный сервер информирует отправителя о невозможности доставки с указанием возможных причин.

При использовании протокола UUCP почтовое сообщение доставляется по тому же принципу “stop-go”, т.е. по цепочке почтовых серверов от одной ЭВМ к другой, пока не достигнет ЭВМ получателя. Разница заключается в том, что пользователь, передав своё сообщение ближайшему узлу, отключается. Этот узел, в свою очередь, не

85

сразу передаёт сообщение дальше, а только тогда, когда у него по расписанию сеанс связи с другим узлом и т.д. Поэтому, с одной стороны, UUCP позволяет доставлять почтовые сообщения по плохим телефонным каналам, а с другой стороны, возможна недоставка сообщения даже через сутки из-за ошибки в имени пользователя.

В целом же общие рекомендации выбора SMTP либо UUCP следующие.Если имеется возможность надёжно работать в режиме “on-line” и это является

нормой, то следует применять протокол SMTP. Если же линии связи плохие или режим “on-line” используется достаточно редко, то лучше использовать протокол UUCP.

Принцип, реализованный в протоколе UUCP, очень прост — конверт и содержимое конверта пересылаются на соседний узел связи, где эти данные обрабатываются вызывающей командой. Например, отправитель подключён к узлу IASNET и передаёт сообщение получателю по имени PETROV, подключённому к узлу LANDAU (узел расположен в Институте Теоретической Физики им. Ландау). Адрес имеет следующий вид:

iasnet!landau!PetrovВосклицательный знак используется как разделитель между именами узлов.

Последняя позиция представляет собой местное имя почтового ящика получателя. Таким образом, в общем виде адрес UUCP имеет вид:

имя хоста!имя получателя — для локальной почты;имя хоста!… имя хоста!имя получателя — для межсетевой почты.Учитывая распространённость семейства протоколов TCP/IP, предусмотрено

преобразование UUCP-адреса в IP-адрес:user@host UUCPОсновным средством рассылки почты в сети Internet является стандартная

программа “sendmail” (хотя может быть использовано и другое программное обеспечение, например, “smail”, “exim” или “cyrus”), которая работает как почтовый курьер, доставляющий обычную почту в отделение связи для дальнейшей доставки. Программа “sendmail” позволяет организовать почтовую службу в ЛВС и обмениваться почтовыми сообщениями с другими серверами почтовых служб через специальные шлюзы, используя протоколы SMTP и UUCP.

Программа “sendmail” работает в стиле «отделения связи», отправляя почтовые сообщения в два приёма: сначала почтовые сообщения собираются в очереди в серверах, а затем отравляются получателям. Данная программа является «магистральным» почтовым агентом. Для «разборки» почты уже в хосте применяются локальные почтовые агенты, например “mail” или “procmail”.

Для работы со своей почтой пользователь не обязательно должен подключаться с помощью telnet-клиента к узлу и читать почту “on-line”. Используя протоколы почтового отделения POP3 или IMAP4, можно подключиться к хосту и забрать все или отдельные пришедшие сообщения к себе на ЭВМ. В качестве серверов протоколов POP3 и IMAP могут выступать “imap-uw”, “qpopper”, “cyrus” или другие программные продукты.

Таким образом, в Internet действует следующая схема обработки почты: магистральный агент (занимается пересылкой между узлами) локальный почтовый агент (размещает доставленные магистральным агентом сообщения в соответствующих почтовых ящиках и передаёт магистральному агенту сообщения от пользователя, подлежащие отправке на другие узлы) протокол передачи почты на пользовательскую ЭВМ (агенту пользователя, расположенному на его ЭВМ).

4.3. Электронная почта по МСЭ-Т. Рекомендации Х.400

86

4.3.1. Основные понятия

Как уже отмечалось ранее, вычислительные системы начали использоваться как средство и среда связи между людьми начиная с середины 70-х годов. Одновременно появилась проблема разработки универсальных стандартов для компьютерных систем обработки сообщений (СОС). В 1984 году в Красной Книге МККТТ представил первую версию стандартов по СОС — рекомендации МККТТ серии Х.400, а в 1988 году уже была опубликована расширенная версия этих рекомендаций в Голубой Книге МККТТ — этот стандарт был разработан МККТТ совместно с МОС.

MHS (Message Handing System) или СОС, а тем более ЭП, относятся к прикладным службам, расположенным на 7-м уровне ЭМВОС (Рекомендации X.200).

Среди проблем реализации СОС можно выделить три группы задач:– транспортировка;– переприём;– адресация.Одной из главных особенностей большинства СОС является асинхронность

связи между пользователями, что обеспечивает ряд преимуществ:– асинхронная связь не требует присутствия участников, что особенно важно

для пользователей, находящихся в разных часовых поясах, когда связь по телефону неудобна;

– с технической точки зрения асинхронная передача позволяет использовать принцип коммутации сообщений (КС) до самых верхних уровней ЭМВОС. Однако присутствуют и недостатки, присущие методу КС (например, длинные очереди, а значит и увеличение времени доставки).

Другой важной особенностью СОС является возможность эффективной двухсторонней и многосторонней связи.

Третьей важной особенностью СОС является то, что эта система есть одна из главных составляющих технологии автоматизации работы учреждений, обеспечивающая обмен сообщениями.

По сравнению с классической системой почтовой связи ЭП на базе СОС обладает следующими преимуществами:

– высокая скорость доставки;– возможность автоматизации процесса обработки документов и внедрения

безбумажной технологии.Однако проблемы надёжности и защиты информации от несанкционированного

доступа (НСД) в плане глобально объединяемых сетей представляются достаточно сложными.

В свете систем обработки сообщений (СОС или MHS) различают три типа шлюзов, представляющих собой оборудование для объединения разнородных сетей.

Первый тип. Адресный шлюз соединяет сети с различными пространствами адресов/имён. Обычно такие шлюзы включаются между сетями с одинаковыми протоколами нижних уровней, начиная с транспортного, но отличающимися правилами адресации и присвоения имён пользователям.

Второй тип. Протокольный шлюз объединяет сети с различными протоколами на всех уровнях.

Третий тип. Шлюз форматов обеспечивает преобразование различных стандартов систем ЭП (например, Х.400, RFC-822, UUCP и др.), первичных кодов (например, ASCII, EBDIC) и т.д.

Для электронной почты вводится специальная базовая группа терминов, а именно:ИМЯ (идентификатор) — однозначно определяет ресурс (кто, что);

87

АДРЕС — определяет место расположения ресурса (где);ПУТЬ — указывает как найти ресурс.В СОС используется два различных метода маршрутизации.Первый метод. Маршрутизация от источника. В этом случае отправитель

определяет весь путь прохождения сообщения до получателя, используя информацию о структуре сети и каналах между узлами.

Второй метод. Внутренняя маршрутизация. В этом случае отправитель не заботится о маршруте доставки своего сообщения. Однако в этом случае должна действовать система отображения «адрес-маршрут» с тем, чтобы в транзитных узлах путь сообщения определялся бы автоматически. Ясно, что для отправителя этот метод более удобен.

Как и обычно, сообщение в ЭП имеет формат и состоит из двух основных частей — заголовка и тела.

Обычно заголовок содержит следующую служебную информацию:– уникальный идентификационный номер сообщения;– адрес отправителя сообщения;– адрес (адреса) получателя (получателей) сообщения;– тему сообщения;– время и дату отправления сообщения.Тело сообщения содержит текст самого документа. В некоторые сообщения

включаются сигнатура (signature, sig), которая автоматически добавляется в конце каждого документа — «письма». Сигнатурой может быть имя и адрес отправителя; электронная подпись, изображение, созданное с помощью символов; любимая цитата; наконец, всё, что автор хочет связать со своим сообщением.

4.3.2. Функциональная модель системы обработки сообщений

Рекомендации МСЭ-Т Х.400 определяют структуру функциональной модели системы обработки сообщений (СОС), задают основные соотношения между компонентами этой системы, а также службы и протоколы.

Модель СОС по рекомендации Х.400 представлена на рис. 4.2.На рис. 4.2 представлена модель СОС, отвечающая рекомендациям 1988 года и

имеющая (в отличие от модели СОС 1984 года) 2 новых объекта — блоки доступа непрямых пользователей (БДНП) и хранилища сообщений (ХС). Модель имеет многослойную структуру наподобие луковицы.

88

П ПДругие телематические службы

Телекс Телекс

БДНПАП АП

АПС АПС

АПС АПС

ХС

ПП

АПП АП П

БДФД

П ПСистема физической доставки

СПС СОС

Обозначения:П — пользователь; АП — агент пользователя; БДНП — блок доступа непрямых пользователей; ХС — хранилище соединений; АПС — агент пересылки сообщений; БДФД — блок доступа физической доставки; СПС — система пересылки сообщений; СОС — система обработки сообщений.

Рис. 4.2. Функциональная модель СОС

Внутренняя часть СОС, получившая название системы пересылки сообщений (СПС) или Message Transfer System (MTS), состоит из узлов, называемых агентами пересылки сообщений (АПС) или Message Transfer Agent (MTA).

Следующий слой состоит из систем, получивших название агентов пользователей (АП) — User Agent (UA). Эти АП являются связующим процессом между пользователем и СОС, выполняя функции ввода сообщений от отправителя в систему обработки (СОС) и функции доставки сообщения из СОС получателю. Совокупность слоя АПС и АП составляют систему обработки сообщений (СОС или MHS).

Внешний слой образуется самими пользователями (П) — Users, которые используют СОС для обмена сообщениями.

Все три слоя вместе составляют среду обработки сообщений. Пользователь (П) может быть человеком или процессом. Агент пользователя (АП) — это прикладной процесс, обеспечивающий

доступность служб системы пересылки сообщений (СПС) для пользователя. АП реализуется в виде прикладной программы, обеспечивающей создание и размещение сообщений в СПС, приём и архивацию сообщений. Каждый АП (и, следовательно, пользователь) идентифицируется с помощью адреса и имени. Если обратиться за аналогиями к традиционной почте, то можно считать, что АП выполняет функции упаковки сообщения в конверт, заклеивание конверта, ввода письма в почтовую систему (процесс размещения в системе СПС), а также реализует некоторые дополнительные процедуры по защите и хранению письма. Агент пользователя может быть размещён в ПЭВМ пользователя или в ЭВМ, находящейся внутри СПС.

Система пересылки сообщений (СПС) доставляет сообщения от агента пользователя-отправителя (АП-О) к агенту пользователю-получателю (АП-П). Сообщения, доставляемые в СПС, могут накапливаться в промежуточных узлах — агентах пересылки сообщений (АПС). Таким образом, в СПС и, следовательно, в СОС, реализуется принцип коммутации сообщений на прикладном уровне, независимо от того, какие протоколы передачи используются на других (нижних) уровнях ЭМВОС.

Агент пересылки сообщений (АПС) является узлом системы пересылки сообщений (СПС) и соответствует узлу в системе традиционной почты, обладая существенно большими функциональными возможностями. АПС реализует механизм коммутации сообщений, включающий:

– приём сообщения;– накопление сообщения;

89

– определение маршрута дальнейшей передачи сообщения к другим объектам СПС;– проверка правильности формата сообщения и наличия ошибок;– передача сообщения к следующему АПС или АП.Блок доступа непрямых пользователей (БДНП) обеспечивает доступ в СОС

пользователей других телематических служб, таких как телекс, факс и других.Блок доступа физической доставки (БДФД) устанавливает связь СОС с

традиционной системой почтовой связи. Переход от электронной СОС к почтовой системе осуществляется путём получения твёрдой копии сообщения.

Хранилища сообщений (ХС) играют очень важную роль в СОС. Учитывая, что ПК, используемый чаще всего в качестве рабочей станции СОС, имеет ограниченную оперативную память, а также то, что этот ПК может использоваться для реализации АП или АПС, возникает необходимость создания специальных буферных накопителей сообщений достаточной мощности. Роль таких буферных накопителей выполняют хранилища сообщений.

Рассмотренная многослойная модель СОС не содержит никаких предложений относительно способа физической реализации различных объектов СОС. Например, возможен вариант реализации АПС и двух АП в одной ЭВМ. В этом случае пользователи могут применять весьма простые терминалы, состоящие только из одной клавиатуры и монитора. Возможно значительное разнообразие вариантов построения СОС.

Для того чтобы передать сообщение, пользователь на своей рабочей станции составляет требуемый документ. Для этого он использует местную прикладную программу АП и применяет соответствующие правила структурирования текста. Затем пользователь обращается к хранящемуся у АП справочнику адресов или к общему справочнику системы. Обычно общий справочник системы размещается на отдельной ЭВМ, согласно рекомендации МСЭ-Т Х.500 (справочная служба общего типа). Далее сообщение с помощью АП размещается в системе пересылки сообщений (СПС) путём передачи его ближайшему АПС. АПС после накопления всего сообщения передаёт его следующему АПС, пока это сообщение не поступит в АП получателя. АПС не меняет содержание сообщения, за исключением тех случаев, когда необходимо преобразовать форматы сообщений. Чёткое разделение сообщений на две части — конверт (заголовок) и содержание, обеспечивает широкое применение метода коммутации сообщений в СОС.

4.3.3. Система адресации в Х.400

Функциональная модель СОС предусматривает расположение пользователей вне системы. Поэтому имена присваиваются пользовательским АП. Имя АП называется именем отправителя/получателя — О/П-имя.

Если типы атрибутов для О/П-имени выбраны так, что СОС может точно определить точку подключения АП, тогда О/П-имя является и адресом (О/П-адресом).

О/П-адрес представляет собой набор атрибутов, объединённых в пары, состоящие из типа атрибута и его значения (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Атрибут Значение атрибута

Название страны (С) Две буквы кодированного названия страны, стандартизованные МОС

90

Название административной областиуправления (ADMD)

Название области ADMD, с которой связан АП

Название частной области управления(PRMD)

Название области PRMD, к которой принадлежит АП

Название организации (О)Название организации, которой принадлежит пользователь (университет, компания, фирма и т.п.)

Название отдела организации (OU) Название отдела данной организации в соответствии с её структурой

Персональное имя, состоящее изфамилии (S) и имени (G)

Имя и фамилия человека, которого представляет данный АП.

Рассмотрим формирование О/П-адреса пользователя СОС на следующем примере. Сформируем О/П-адрес участника Международной школы по управлению и анализу компьютерных сетей — Gennady Yanovsky. (S = Yanovsky; G = Gennady). Школа проходила в Италии (название страны C = IT) в Международном центре теоретической физики (название организации O = ICTP). В качестве АП использовалась ЭВМ, расположенная в компьютерной лаборатории (название отдела организации OU = Comlab) ICTP. Передача сообщений осуществляется через IT-сеть ICTP (этого международного центра теоретической физики), т.е. PRMD = infn и сеть общего пользования ITAPAK (ADMD = itapak). Таким образом полный О/П-адрес в Х.400 имеет следующий вид:

C = it; ADMD = itapak; PRMD = infn; O = ictp; OU = comlab; S = Yanovsky; G = Gennady.Как видно О/П-адрес представляет достаточно подробную информацию об

источнике.

4.3.4. Протоколы электронной почты по Х.400

В рекомендациях Х.400 были заданы следующие протоколы взаимодействия между объектами СОС:

– протокол P1, определяющий взаимодействие двух АПС (рек. МСЭ-Т X.411);– протокол P2, описывающий взаимодействие двух АП через систему пересылки

сообщений (СПС) как службу межперсонального обмена (рек. МСЭ-Т Х.420);– протокол P3, описывающий взаимодействие между АПС и удалённым АП

(рек. МСЭ-Т Х.410).В рекомендациях МСЭ-Т 1988 года протокол Р3 был расширен и теперь

описывает взаимодействие АПС не только с АП, но и с хранилищем (ХС). Кроме того, разработан новый протокол P7, задающий правила взаимодействия между удалёнными АП и ХС (рек. МСЭ-Т Х.419). Область действия этих протоколов приведена на рис. 4.3.

91

Телекс, телетекс, факс

АПС АПСАПС

ХС

АПАПП П

АП П

Соответствующий протокол

P2

P3

P7P1

Обозначения:П — пользователь; АП — агент пользователя; АПС — агент пересылки сообщений; ХС —

хранилище сообщений.

Рис. 4.3. Область действия протоколов ЭП (Х.400)

Рассмотрим кратко назначение и функции этих протоколов.Протокол P1 включает в свой состав три сервисные группы.1. Группа сервиса пересылки обеспечивает пересылку полных сообщений,

состоящих из конверта (заголовка) и содержания (тела).2. Группа сервиса пробных пересылок реализует функции пересылки пустых

конвертов с целью проверки канала между взаимодействующими АПС.3. Группа сервиса служебных пересылок обеспечивает пересылку служебных

сообщений в направлениях, противоположных пересылке основных и пробных сообщений. Служебные сообщения могут, например, фиксировать доставку или недоставку сообщений, причину и время этого события.

Протокол P2 описывает способы размещения сообщений в СПС, доставки и поиска сообщений. Этот протокол определяет режим межперсонального обмена. Вместе с тем, между АП могут использоваться и другие протоколы, например, протокол EDI (Electronic Data Interchange), поддерживающий обмен финансовыми документами.

Протоколы P3 и P7 содержат одинаковые сервисные группы, отличающиеся только объектами, в которых они реализуются. Определены следующие главные сервисные группы — службы размещения, доставки и поиска сообщений, а также административные службы. В протоколе P7 служба доставки в паре «АП – хранилище АПС» протокола P3 заменяется службой поиска сообщений в паре с «АП – хранилище ХС» протокола P7. Это отражается в процедуре пересылки сообщения, которое доставляется из АПС сначала в ХС, а затем по запросу АП передаётся пользователю частично или полностью.

4.3.5. Архитектура телематических служб по Х.200

Естественно, что основные различия за счёт применения ЭП будут заключаться в составе прикладного уровня ЭМВОС.

В соответствии с рекомендациями Х.400 седьмой уровень делится на два подуровня — уровень АП (агента получателя) и уровень пересылки сообщений (ПС), который обеспечивает пересылку сообщений между АП, используя АПС (агенты пересылки сообщений) как промежуточные узлы (подуровень ПС фактически соответствует классической почтовой службе, обеспечивающей транспортировку писем). Обмен сообщениями производится между пользовательскими объектами, состоящими из двух частей:

– АП-объекта;– объекта размещения и доставки (ОРД), отвечающего за размещение сообщения в

системе пересылки сообщений (СПС) и его приём в соответствии с протоколом Р3.Этот процесс представлен на рис. 4.4.

92

АП-О

ОРД

АП-О

ОРДАПС АПСP3 P1 P3

P2

Уровень ПС

Уровень АП 7 уровень ЭМВОС

Обозначения:АП-О — АП-объект; ОРД — объект размещёния и доставки; АПС — агент пересылки сообщений; P1, P2, P3 и P7 — протоколы электронной почты по X.400.

Рис. 4.4. Взаимодействие объектов ЭП на 7 уровне ЭМВОС

Приведём полный набор протоколов ЭМВОС для рекомендаций Х.400 по системе обработки сообщений (СОС), включив сюда и другие службы (табл. 4.3).

Таблица 4.3.

Службы

ТелексЧерез сеть

Х.25 (некоммути

руемый канал)

ФаксЧерез сеть

Х.25 (некоммутируемый

канал)

ФаксЧерез сеть

Х.21 (синхронна

я, коммутиру

емый канал)

Другие службы

Через сеть Х.25

(некоммутируемый канал)

Через сеть Х.21

(синхронная,

коммутируемый канал)

7Прикладно

й Т.61 Т.73

Х.420 (P2)Х.411 (P1)Х.410 (P3)

Х.409 — синтаксис ЭП6

Представительный

5Сеансовый Х.225

4 Транспорт

ныйХ.224 Класс 0

3Сетевой Х.25 Х.25

Вызов:Х.21+Х.25

ДанныеХ.25

Х.25

Вызов:Х.21+Х.25

ДанныеХ.25

2Канальный LAPB

1Физически

й

V.24/V.28 —

20 Кбит/сV.35 — 48

Кбит/с

V.24/V.28 —

20 Кбит/с

V.11 — 64 Кбит/с

V.24/V.28 —

20 Кбит/сV.35 — 48

Кбит/с

V.11 — 64 Кбит/с

93

Из табл. 4.3 видно, что службы представительного уровня вложены в процессы агента пересылки сообщений (АПС). Эти службы определены в спецификации представительного уровня.

Сеансовый уровень обеспечивает службы, которые поддерживают обмен протокольными блоками данных, соответствующими протоколу P1, между партнёрами (объектами). Выбор партнёров определяется протоколом P3 (между АП и АПС, или между АПС и АПС). На этом уровне реализуется режим полудуплексного диалога.

Транспортный уровень обеспечивает службу протоколов класса 0. Существенно ограниченные возможности транспортного протокола класса 0 вполне достаточны при использовании сетей, работающих по Х.25, начиная с 3 уровня и ниже. Однако эти возможности полностью не соответствуют высокоскоростным сетевым структурам ЛВС и работе в дейтаграммном режиме КП. Поэтому в перспективе ожидается переход к транспортным протоколам более высокого класса, вплоть до класса 4.

На сетевом уровне требуется адресация, отвечающая рекомендации МСЭ-Т Х.121 и маршрутизация в соответствии с протоколом Х.25.

4.4. Сравнение двух технологий электронной почты

Подробный сравнительный анализ служб ЭП Internet и Х.400 представляет собой очень объёмную и трудоёмкую задачу. Однако можно отметить основные отличия и ряд новых требований для будущих реализаций в системах ЭП.

Электронная почта Х.400 характеризуется богатым составом функций транспортной службы и более полным набором типовых классов сообщений:

– пользовательские сообщения, определяемые пользователями и обрабатываемые АП;

– отчёты о доставке, генерируемые агентом пересылки сообщения (АПС) или по специальному запросу агента пользователя (АП);

– тестовые сообщения, генерируемые АП, которому необходимо проверить правильность или достижимость адреса получателя.

Конверт СОС службы Х.400 предоставляет более детальную информацию, чем конверт протокола SMTP в Internet, поскольку он содержит:

– приоритет сообщения ЭП;– имена получателей и различные атрибуты доставки сообщения;– глобальный идентификатор сообщения и, по выбору, идентификатор

сообщения АП;– возможность расширения сообщения.С практической точки зрения наиболее важно то, что в Х.400 стандартно

определены отчёты о доставке и протокольные операции над ними. В то же время в ЭП по версии Х.400 затруднён анализ корректности адреса получателя.

В сети Internet почтовая служба не выдаёт стандартного отчёта об ошибках, поэтому от пользователя требуется самому следить за поступающими сообщениями и находить информацию о недоставке почтовых сообщений и причины сбоев.

Контрольные вопросы по главе

1. Какова история появления электронной почты?2. Каковы принципы организации электронной почты в учреждении?3. Проведите сравнение электронной почты с другими видами связи.

94

4. Каковы основные методы реализации электронной почты в Internet?5. Какова система адресации электронной почты в Internet?6. Поясните принцип построения формата почтового сообщения в Internet.7. Перечислите основные протоколы электронной почты в Internet.8. Опишите протокол SMTP электронной почты в Internet.9. Опишите протокол UUCP электронной почты в Internet.10. Проведите сравнение протоколов SMTP и UUCP.11. Каковы основные понятия электронной почты по рекомендациям Х.400?12. Опишите функциональную модель системы обработки сообщений.13. Поясните систему адресации в электронной почте по Х.400.14. Проведите анализ протоколов электронной почты по Х.400.15. Опишите архитектуру телематических служб по Х.200.16. Проведите сравнение двух технологий электронной почты.

95

5. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА Internet

В наиболее общем виде технические средства сети Internet практически не отличаются от ресурсов обычных сетей и систем ДЭС; в основном существуют терминологические отличия. Приведем различные варианты подключения пользователей к ресурсам сети Internet (рис. 5.1).

Обозначения:96

П

РС РС…

РС РС…

ШинаТ

Файл-сервер

LAN 1

РС РС

Файл-сервер

РС РС

РС

LAN 2

Кольцо

ПК

Мост

М М ПАД ЦКП

MAN по X.25

Ресурсы Internet (WAN)

Шлюз

ШлюзШлюз М

М

Телефонная сеть общего пользования

(ТФОП)

ШлюзМ

ПК М

ПК М

.

.

.

ПК М

Хост-ЭВМ М М IP-маршрутизатор

М

Выделенные каналы

ПК — персональный компьютер; М — модем; П — повторитель; РС — рабочая станция; ПАД — пакетный адаптер данных; ЦКП — центр коммутации пакетов; Т — согласующее сопротивление (терминатор).

Рис.5.1. Подключение пользователей к Internet

В соответствии с рис. 5.1 можно составить классификацию технических средств, приведённую на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Классификация технических средств Internet

Рассмотрим основные принципы реализации технических средств.

5.1. Вычислительные средства

Вычислительные средства являются наиболее массовым элементом сети Internet, поскольку для связи ЭВМ эта сеть и создавалась. Вычислительные средства

присутствуют во всех элементах данной сети — конечно в ЭВМ, но и в устройствах подключения к сети, и в устройствах распределения.

До массового появления персональных ЭВМ (ПК) в середине 70-х годов все вычислительные средства были представлены в виде ЭВМ достаточно большого объёма. Причём эти ЭВМ были либо универсальными, либо специализированными (например, ЦКС-Т, ЦКС-Т2 и т.п.). Для обслуживания таких ЭВМ требовались специальные кадры, да и размещались они в специальных помещениях, куда пользователи не допускались. Первоначально пользователи вообще работали с ЭВМ в режиме off-line. Затем появились системы телеобработки данных (ТД), которые позволили пользователям работать уже в режиме on-line. Для этого к большим ЭВМ

97

Технические средства Internet

ЭВМАппаратура ПО

Терминалы

Персональные ЭВМ

Мини-ЭВМ

Большие ЭВМ

Модемы

Мосты

Шлюзы

IP-маршрутизаторы

Сетевые устройства X.25

ПАД

Концентраторы

ЦКП

Устройства подключения

Устройства распределени

я

Серверы

подключали терминалы, представляющие собой дисплей, клавиатуру и вспомогательные устройства для организации передачи данных по каналам связи. Постепенно эти терминалы усложнялись, становились «интеллектуальными». Они то и явились прообразом персональных ЭВМ. Практически все современные ЭВМ оформляются в виде персональных компьютеров (ПК) настольного или напольного исполнения. ПК состоит из двух частей — аппаратных средств и программного обеспечения. Рассмотрим эти компоненты подробнее.

5.1.1. Аппаратные средства ПК

Важнейшими составными элементами ПК являются: системный блок, в состав которого входят: системная плата, микропроцессор,

КЭШ-память процессора, ОЗУ, схемы интерфейсного модуля, источник питания, корпус;

внешняя память, в том числе накопители на жёстком диске (винчестер) и накопители на гибких магнитных дисках;

видеоадаптер; периферийные устройства, в том числе: монитор, клавиатура, печатающее

устройство (принтер), другие вспомогательные устройства (например, манипулятор «мышь», сканер, CD-ROM (накопитель на оптическом диске), стриммер (накопитель на магнитной ленте), источник бесперебойного питания и т.п.).

Рассмотрим кратко принципы построения основных элементов ПК.Системная плата представляет собой многослойную плату (до 12 слоёв), где

размещаются все электрические компоненты — микропроцессор, ОЗУ, сопроцессор, шина ввода/вывода, вспомогательные микросхемы и вспомогательные элементы. Конструкцию и топологию системной платы определяют две её характеристики — удобство доступа, что обеспечивает простоту модернизации и возможного ремонта; уровень излучения тактовой частоты. Чем выше тактовая частота (например, 66 МГц), тем выше уровень паразитного излучения, а значит и наводок. Для борьбы с наводками часть слоев системной платы заземляют и используют как экран. Умножение частоты микропроцессора, помимо повышения производительности, даёт также снижение наводок.

На сегодняшний день существует четыре преобладающих типоразмера материнских плат — AT, ATX, LPX и NLX. Кроме того, есть уменьшенные варианты формата AT (Baby AT), ATX (Mini-ATX, microATX) и NLX (microNLX). Более того, недавно выпущено расширение к спецификации microATX, добавляющее к этому списку новый форм-фактор — FlexATX.

Форм-фактор АТ делится на две, отличающиеся по размеру, модификации — AT и Baby AT. Размер полноразмерной AT платы достигает до 12" в ширину. Размер платы Baby AT 8.5" в ширину и 13" в длину.

Форм-фактор LPX предназначался для использования в корпусах Slimline или Low-profile. Размер корпуса для LPX составляет 913'', для Mini LPX — 810''. После появления NLX, LPX начал вытесняться этим форм-фактором. Размеры материнской платы NLX колеблются от 810'' до 913.6''.

В ATX воплотились лучшие стороны и Baby AT и LPX: от Baby AT была взята расширяемость, а от LPX – высокая интеграция компонентов. В результате этот форм-фактор сейчас является наиболее распространённым. Размер плат составляет: 129.6'' для ATX и 11.28.2'' для Mini-ATX.

98

Только очень мощные фирмы сами изготавливают системные платы, например, IBM, Compaq. Остальные же производители ПК закупают системные платы на специализированных предприятиях, поскольку технология изготовления таких плат достаточно сложна.

Центральный процессор (или микропроцессор) является ядром всего ПК. В настоящее время развивается несколько платформ построения центрального процессора (ЦП), однако все они трактуют два подхода:

стандарт CISC (Complex Instruction Set Computing) — однокристальный процессор;

стандарт RISC (Reduced Instruction Set Computing) — многокристальный процессор с параллельным выполнением программ и сокращённым набором команд.

В настоящее время до 80% ПК соответствуют архитектуре CISC, которая реализуется в ЦП фирм Intel и AMD (Advanced Micro Devices).

Современный ЦП представляет собой сверхбольшую интегральную микросхему (СБИС), содержащую до 18 млн. транзисторов. Тактовая частота может существенно превышать 100 МГц. Как правило, в ЦП используется встроенный сопроцессор, что позволяет существенно увеличить скорость выполнения математических операций. Кроме того, многие ЦП работают с 32-разрядными командами и данными, что также значительно повышает их быстродействие.

Важным фактором, влияющим на быстродействие всего ПК, является организация работы ЦП с ОЗУ. Для ускорения обмена ЦП с ОЗУ используется 3 способа:

применение микросхем со страничным режимом обмена, когда в пределах «страницы» возможен многократный доступ к ОЗУ без ожидания;

ОЗУ с чередованием адресов, когда организуется как минимум два блока памяти, и ЦП обращается к ним поочередно, что практически вдвое уменьшает время обращения к ОЗУ;

введение кэш-памяти — сверхоперативного запоминающего устройства, скорость работы которого сравнима по быстродействию с ЦП. Контроллер кэш-памяти старается, как бы, предвидеть запросы ЦП и заполняет сверхоперативное ЗУ (СОЗУ), каковым и является кэш-память, той информацией, которая с большей вероятностью потребуется ЦП в ближайшее время. Естественно, что кэш-память, встроенная в кристалл ЦП, является более эффективной. Так, в ЦП фирмы Intel кэш-память имеет объём не менее 16 Кбайт (а в последних моделях процессоров и до 128 Кбайт).

В схемы интерфейсного модуля входят, как правило, следующие блоки: интерфейсные схемы контроллера жёсткого диска; схемы управления накопителями на гибких дисках; базовая система ввода/вывода – BIOS (Basic Input/Output System) — это набор

подпрограмм, записанных в ПЗУ (или в ППЗУ) для организации портов ввода/вывода ПК: обычно двух последовательных, одного параллельного и одного для клавиатуры;

схемы видеоадаптера для стыка ПК с монитором.Эти блоки обеспечивают взаимодействие системной платы с внешними и

периферийными устройствами.Важнейшими внешними устройствами являются: внешнее ЗУ; монитор; клавиатура.Внешние ЗУ могут быть на жёстких и гибких магнитных дисках.

99

Накопители на жёстких магнитных дисках появились в начале 70-х годов, когда в 1973 году фирма IBM изготовила первый жёсткий диск, который мог хранить 16 Кбайт информации. Диск содержал 30 дорожек, разбитых на 30 секторов и имел обозначение 30/30. По аналогии с автоматическими винтовками, имеющими такое же обозначение, жёсткие диски получили прозвище «винчестер». Современный винчестер обеспечивает хранение до 70 Гбайт информации и время наработки на отказ до 100000 часов (приблизительно 11 лет). Такая плотность записи достигается за счёт высокого качества покрытия самого диска и очень близкого прилегания магнитных головок (0,13 микрон) — зазор обеспечивается за счёт давления воздуха при вращении жёсткого диска.

Гибкие магнитные диски в настоящее время уже утратили своё значение как единственный возможный способ распространения и переноса информации, однако всё ещё применяются довольно широко. К настоящему моменту сохранилось два формата дискет, первый из которых уже практически не используется:

с двухсторонними дисками высокой плотности записи диаметром 5,25 дюйма ёмкостью 1,2 Мбайт;

с двухсторонними дисками двойной плотности записи диаметром 3,5 дюйма ёмкостью 1,44 Мбайт.

Монитор является неотделимой частью ПК. Основой монитора является электронно-лучевая трубка или жидкокристаллический экран, причём мониторы могут быть монохромными, чёрно-белыми или цветными.

Большинство настольных ПК оборудуются мониторами на основе электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), которая была изобретена в 1897 году. Обычно разрешающая способность ЭЛТ выбирается 640480, 800600 или 1024768 растр-точек (или пикселов — pixel: picture element), а стандартные размеры экрана — 9, 14, 15, 17, 19, 20 и 21 дюймов по диагонали.

Жидкокристаллические экраны состоят из специальных ЖК-элементов. Каждый такой ЖК-элемент состоит из двух полосок поляризованного стекла с прозрачными электродами, между которыми находятся молекулы жидких кристаллов. При отсутствии электрического поля свет может свободно проходить через ЖК-элемент, так как плоскости поляризации стекол подобраны соответствующим образом. Если же к прозрачным электродам приложено напряжение, молекулы жидких кристаллов ориентируются вдоль электрического поля, и ЖК-элемент становится непрозрачным. В современных ЖК-экранах удается достигнуть высокой контрастности воспроизведения до 256 оттенков и цветов с разрешающей способностью 1024 768 точек. Обычно ЖК-экраны применяются в переносных ПК (notebook).

Второй важной частью видеоподсистемы ПК является видеоадаптер, обеспечивающий взаимодействие микропроцессора (МП) с монитором. Первый видеоадаптер, выпущенный фирмой IBM, обеспечивал монохромное изображение при разрешающей способности 350720 точек алфавитно-цифровой информации (25 строк по 80 символов). Этот видеоадаптер назывался — MDA.

Следующим был видеоадаптер CGA (Color Graphics Adapter), обеспечивающий отображение графики в четырёх цветах при разрешающей способности 320200 точек.

Новой разработкой фирмы IBM стал графический видеоадаптер EGA (Enhanced Graphics Adapter), который появился в 1984 году. Обеспечивал воспроизведение одновременно 16 цветов из 64 при разрешающей способности 640350 точек и возможности воспроизведения графики.

В 1987 году появился видеоадаптер VGA, который является фактическим стандартом на подобные устройства. VGA (Video Graphics Array) обеспечивает разрешение 640480 точек при одновременном воспроизведении 16 цветов из 256, а при разрешении 320200 точек — все 256 цветов. Частота вертикальной развертки составляет 70 Гц, а для графического режима — 60Гц. Это существенно снижает

100

мерцание экрана. Видеоадаптер имеет собственный буфер ёмкостью от 256 Кбайт до 8Мбайт. В настоящее время широко используется видеоадаптер SVGA (Super VGA), который обеспечивает разрешение 1024768 точек и даже выше (до 16001200). Общее количество воспроизводимых цветов достигает 232. При этом для хранения одного элемента изображения требуется 32 двоичных разряда, а всё изображение (т.е. один его кадр) потребует 8 Мбайт буферной памяти видеоадаптера. В соответствии с современными эргономическими требованиями частота обновления кадров (то есть частота вертикальной развёртки) должна составлять не менее 75 Гц. Практически все современные видеоадаптеры отвечают этим требованиям.

Кроме того, в настоящее время получили распространение так называемые 3D-ускорители (от английского 3-dimensional — трёхмерный). На платах этих специализированных видеоадаптеров содержатся мощные процессоры, занимающие обработкой и построением в реальном времени сложных трёхмерных объектов. Такие адаптеры находят применение в системах автоматизированного проектирования (САПР) и прочих конструкторских системах, а также в играх.

Наконец, обязательным элементом ПК является клавиатура, которая до сих пор выступает основным устройством ввода информации в ЭВМ. Эволюция клавиатур в ПК была недолгой; первоначально использовалась 83-клавишная, а затем 84-клавишная клавиатура. В настоящее время применяется улучшенная клавиатура, содержащая не меньше 101 клавиши. Привлекательность той или иной клавиатуры зависит, в основном, от её дизайна, расположения клавиш, тактильных ощущений и усилия при нажатии клавиши.

Появление удобных пользовательских оболочек типа Windows привело к повсеместному применению дополнительных устройств ввода: манипуляторов «мышь», конструкция которых одинакова практически у всех производителей. В переносных ПК вместо мыши применяют встроенные манипуляторы — трекболы. Кроме того, есть также джойстики, активно используемые, в основном, для игр, но иногда и в переносных компьютерах вместо достаточно громоздких трекболов. В качестве нового устройства ввода некоторые производители клавиатур предлагают использовать тачпэд (touch pad — сенсорная пластина), встроенную в клавиатуру. Водя пальцем по поверхности тачпэда, можно управлять движением курсора как мышью. Однако, пока это не очень совершенная технология, но, работы по её улучшению активно ведутся различными производителями аппаратного обеспечения.

К различным периферийным устройствам ПК следует отнести – принтеры, сканеры, накопители на оптических дисках, стриммеры и источники бесперебойного питания. Кратко рассмотрим это оборудование.

Пожалуй, самым обычным периферийным устройством ПК (наряду, конечно, с монитором и клавиатурой) является печатающее устройство (принтер). Если клавиатура выступает основным устройством ввода информации в ПК, то принтер обеспечивает наиболее простой способ получения информации из ПК, причём эта информация будет представлена в документальной форме. До середины 80-х годов разрабатывалось и выпускалось большое разнообразие принтеров различных типов. В настоящее время завоевали популярность три типа:

матричные, где вертикальный ряд иголок (9, 18 или 24 штуки в ряд) выбивает последовательно символы ряд за рядом. Обычная скорость вывода достигает 380 знаков в минуту. Основные достоинства — простота, возможность получения нескольких копий и возможность печатать на рулоне бумаги. Основной недостаток — высокий шум при работе, сложность защиты от несанкционированного съёма информации путем расшифровки стука;

струйные принтеры относятся к безударным и работают практически бесшумно. Печатающая головка имеет ряд сопел (от 12 до 64), через которые

101

чернила попадают на бумагу. Максимальная разрешающая способность достигает 15 линий на мм, однако, очень сильно зависит от качества бумаги. Используется два принципа нанесения чернил на бумагу: термический и пьезоэлектрический. В термическом струйном принтере в каждом сопле находится тонкоплёночный резистор. При пропускании через него тока, он нагревается за несколько микросекунд до 500оС, образуется чернильный паровой пузырь, который выталкивает через сопло порцию чернил. При остывании резистора за счёт сжатия подтягивается новая порция чернил. В пьезоэлектрических струйных принтерах чернила выбрасываются за счёт действия обратного пьезоэффекта, когда на пьезоэлемент подаётся электрический потенциал. При снятии потенциала затягивается следующая порция чернил. Основные недостатки струйных принтеров: возможность расплывания контуров символов и жёсткие требования к качеству чернил. Скорость вывода — до 400 символов в минуту;

лазерные принтеры используют электрографический принцип создания изображения, когда на полупроводниковом зеркале формируется лазерным лучом электростатический рельеф, к которому и пристаёт печатающий порошок (тонер). Затем этот рисунок переносится на бумагу и закрепляется нагреванием — частички краски склеиваются с бумагой. Качество печати получается очень высоким — близким к типографскому, однако, скорость печати не высока. Кроме того, сложность процедуры печати существенно повышает стоимость лазерных принтеров. В последнее время лазер со сложной системой оптической заменяют развертки «гребёнкой» мельчайших светодиодов, которые формируют потенциальный рельеф сразу одной строки. Последние два типа принтеров (струйные и лазерные) могут быть цветными.

В настоящее время довольно популярным устройством ввода информации в ПК является сканер. Это устройство обеспечивает ввод изображений, представленных в различных видах: текст, рисунки, слайды, фотографии и т.п. Все сканеры можно разделить на ручные и настольные; они могут быть черно-белыми или цветными. Разрешающая способность сканеров может достигать 470 точек на мм.

Для резервного копирования и архивации данных с жёстких дисков используют накопители на магнитных лентах — стриммеры. Для повышения плотности записи в стриммерах используются вращающие магнитные головки, а ёмкость одного картриджа доходит до 16 Гбайт (если данные динамически сжать). Для целей архивации могут также использоваться накопители на сменных жёстких дисках, магнитооптические накопители. Наконец, для распространения программ и данных, наряду с гибкими магнитными дисками, очень широко используются компакт-диски — CD-ROM (Compact Disc Read-Only Memory).

Широкое использование вычислительной техники в различных сферах, хранение на ПЭВМ разнообразной, часто очень ценной, информации приводит к необходимости обеспечить надёжную работу ЭВМ. Прежде всего, это относится к защите ПК по питанию. Для этих целей применяют разнообразные устройства.

Наиболее полную защиту ПК по электропитанию обеспечивает источник бесперебойного питания — UPS (Uninterruptible Power Supply). Функционально подобное устройство практически всегда состоит из следующих блоков:

устройство подавления помех; зарядное устройство; батарея аккумуляторов; преобразователь напряжения (переменное – постоянное – переменное); стабилизатор переменного напряжения.

102

Подобное устройство может обеспечить стабильное электропитание в течение нескольких минут и даже часов, на время, пока пользователь сохранит ценную информацию. Для гарантируемого электропитания в течение суток и более требуется применение дизель-электростанций.

5.1.2. Операционные системы ПК

Программное обеспечение — это второй неотъемлемый компонент любых вычислительных средств, без которого даже самая сложная и дорогостоящая ПЭВМ не будет работать даже калькулятором. В настоящее время программное обеспечение ПК оформляется в виде операционной системы, основное назначение которой — загрузка

программы в ОЗУ, размещение её там и взаимодействие оператора с ПК.Ядро операционной системы (ОС) обычно дополняется набором сервисных

программ для начальной разметки дисков, установки параметров внешних устройств, тестирования оперативной памяти и других компонентов ПК, выдачи информации на печать и т.п. Число типов операционных систем относительно невелико, но их роль чрезвычайно велика, поскольку они обеспечивают работу всех остальных программ. Современные ПК в обязательном порядке комплектуются ОС.

Первая ОС для ПЭВМ была разработана в 1974 году для 8-разрядных микропроцессоров, а затем стала применяться и для 16-разрядных МП в виде различных модификаций МР/М, СР/М-86, Concurrent CMP и др. На базе эксплуатации этих первых ОС были разработаны все современные операционные системы. Классификация современных ОС приведена на рис. 5.3.

Рис. 5.3. Классификация основных операционных систем

Рассмотрим наиболее популярные ОС. Начнём с ОС для отдельных ЭВМ.

103

Операционныесистемы

Для отдельных ЭВМ

Сетевыеприложения

ПЭВМ Серверы

Текстовый интерфейс

Графический интерфейс

Одно-потоковые

Много-потоковые

Глобальные сети ЛВС

Одноранговые

С выделенны

м сервером

Класс MS

DOS MacOS OS/2 Windows

9x/2000Windows

NTКласс UNIX

LANtastic

Novell NetWare

Операционная система MS DOS — это однопользовательская, однопотоковая ОС с текстовым интерфейсом, мало «дружелюбная» к пользователю. Однако это система получила в своё время очень широкое распространение (возможно, потому что появилась первой) и применяется даже до сих пор, несмотря на моральное устаревание. Она была разработана сразу двумя фирмами:

фирмой IBM — PC DOS; фирмой Microsoft — MS DOS.Эти системы практически одинаковы, но закрепилось название MS DOS

(MicroSoft DOS — Disk Operating System). Данная ОС претерпела ряд модификаций с целью устранения многочисленных недостатков, которые выявились в процессе эксплуатации, в основном:

введение графического интерфейса в виде оболочки Windows 3.x; реализация более дружественного к пользователю интерфейса с помощью той

же оболочки; реализация хотя бы псевдомногозначности.С целью устранения отмеченных недостатков фирмы IBM и Microsoft в 1987 году

выпустили операционную систему OS/2, совместимую с MS DOS, которая обеспечила многопотоковость, графический интерфейс и некоторые сетевые возможности для объединения работы нескольких ПК. Параллельно фирма Microsoft начала разработку ОС Windows (пока в виде оболочки), главная особенность которой — максимально дружественный интерфейс к пользователю при сохранении многопотоковости и развитого графического интерфейса. Кроме того, эти ОС были ориентированы на работу с 32-разрядными машинными словами. Несмотря на огромное количество недостатков, благодаря монополистской политике фирмы MicroSoft и её главы Билла Гейтса, ОС Windows постепенно вытеснила остальные операционные системы для платформы i386, хотя в последнее время ситуация исправляется, в основном, за счёт активного продвижения на рынок бесплатной операционной системы класса UNIX — Linux. Первая версия операционной системы Windows как самостоятельного продукта, а не оболочки для DOS — Windows 95 — появилась в конце 1995 года. В 1998 году была выпущена очередная версия, улучшающая некоторые элементы интерфейса, обеспечивающая поддержу большего количества типов аппаратного обеспечения, а также содержащая ряд других дополнений и обновлений. Последняя разработка — Windows 2000. В данной системе разработчики постарались взять лучшее из двух уже созданных операционных систем — Windows 98 и Windows NT: удобный интерфейс и простоту настройки первой и достаточно мощную (но неудачно реализованную) архитектуру и сетевые возможности второй.

Быстрое внедрение ЛВС и Internet заставило фирму Microsoft уделить больше внимания возможностям совместной работы ПК в составе сетей. Дело в том, что ОС типа DOS, OS/2 и Windows могут лишь поддерживать сетевые возможности, предоставляемые им сетевыми операционными системами, либо имеют ограниченные встроенные сетевые возможности. В конце 1993 года Microsoft выпустила ОС Windows NT. Это операционная система с графическим интерфейсом, многопотоковая, поддерживающая сетевую архитектуру и работающая с 32-разрядными словами.

Для оформления программных продуктов вычислительных средств более высокой мощности, чем обычные ПК, используемых в профессиональной деятельности и в качестве серверов, параллельно с развитием ОС типа DOS создавались ОС в виде моногопотоковых систем с разделением времени. Это ОС класса UNIX, разрабатываемые как коммерческими корпорациями, так и программистами-энтузиастами. Однако все разработчики в своих системах реализуют главные отличительные черты UNIX:

чёткая модульность построения;

104

обширный набор системных программ; работа с 32-разрядными словами; возможность работы с многопроцессорными системами; сетевые возможности.Основными версиями UNIX являются: коммерческие продукты: UNIX (AT&T), AIX (IBM), HP-UX (Hewlett-Packard),

Solaris (Sun) и ряд других; некоммерческие продукты: Linux, FreeBSD и их модификации.Первые версии UNIX имели только текстовый интерфейс, ориентированный на

специалистов-программистов. Широкое распространение UNIX в качестве ОС для ПЭВМ потребовало реализовать более дружественный интерфейс с пользователем. В результате появилась графическая оболочка X-Window, представляющая собой набор программных средств для управления обменом информацией с графическим дисплеем. Система X-Window являет собой прослойку, на которую можно «наложить» любую оболочку (то есть любой интерфейс пользователя) и состоит из трёх компонентов:

дисплейный сервер; прикладные программы-клиенты; связывающий их протокол.Эти компоненты реализуют механизм «клиент/сервер», который широко

применяется в сети Internet. Такой подход очень удобен, так как позволяет на более слабых машинах-клиентах запускать только сам дисплейный сервер, а программы, требующие для своей работы множества графических и вычислительных ресурсов — на более мощных машинах-серверах. При этом на сторону клиента передаётся только образ экрана. Местоположение курсора и состояние кнопок (нажата/отпущена) «мыши» передаётся с клиентской стороны и обрабатывается на сервере. Кроме того, в качестве клиента могут выступать не только рабочие станции с ОС UNIX, но и машины, работающие под управлением Windows (правда, при наличии соответствующего программного обеспечения).

Операционная система Mac OS стоит чуть в стороне от ранее рассмотренных, поскольку является специализированной программной платформой для художников-графиков и пользователей настольных издательских систем. Эта ОС используется в ПК типа Macintosh и является многопотоковой с графическим интерфейсом.

Перейдём теперь к сетевым операционным системам. В первую очередь, их можно разделить на ОС для глобальных сетей и ОС для ЛВС. К первым относятся все вышеуказанные системы класса UNIX и в некоторой степени Windows NT.

Системы для ЛВС (правда, достаточно условно) можно разделить на ОС для одноранговых ЛВС и ОС для ЛВС с централизованным управлением, т.е. с выделенным сервером (см. рис. 5.3).

Операционные системы для одноранговых ЛВС применялись, в основном, при построении локальных сетей из ПЭВМ, работающих под управлением DOS. Такая система загружает в память ПЭВМ программное обеспечение, которое позволяет машине становиться и клиентом, и сервером в зависимости от потребности пользователя. В системах же с выделенным сервером одна машина всегда — сервер, а остальные — клиенты. Среди одноранговых операционных систем широкое распространение получила сетевая ОС фирмы Artisoft — LANtastic, занимавшая в 1996 г. 46% рынка. Данная ОС может обслуживать до 100 ПК, при достаточно низкой стоимости ПО. Достаточно успешно применялись и сетевые ОС фирмы Novell — NetWare Lite и Personal NetWare. Кроме того, многие ОС для отдельных ПК поддерживают работу одноранговых ЛВС — это и OS/2, и все версии Windows (включая Windows 3.11), и MacOS.

105

Для ЛВС с выделенным сервером признанным лидером (65% рынка) в разработке сетевого ПО является фирма Novell, разработавшая Novell NetWare. Данное сетевое ПО поддерживает несколько десятков типов контроллеров для ЛВС как типа Ethernet, так и типа Token Ring. Разработано несколько версий Novell NetWare, в настоящее время широко используется Novell NetWare v.4.x и 5.x. Помимо данной сетевой ОС находят применение операционные системы LANtastic в сочетании с Core Stream (фирма Artisoft), VINES (Banyan Systems), LANserver (фирма IBM), LAN Manager (фирма Microsoft). Существует сетевая ОС UNIX Ware. Это 32-битная многопотоковая ОС, позволяющая объединить операционные системы UNIX, Net Ware и ОС класса DOS.

5.2. Устройства подключения к Internet

Как уже отмечалось ранее, к устройствам подключения к сети Internet можно отнести модемы, мосты, шлюзы. Рассмотрим эти устройства подробнее.

Модемы являются наиболее массовым устройством подключения к ресурсам Internet, поскольку они обеспечивают согласование дискретных сигналов от аппаратных средств с параметрами передающей среды. Современный стандартный модем выполняет следующие функции:

автоматическое установление соединения по заданному номеру в традиционных телефонных сетях с коммутацией каналов, причём возможно с автоматическим повторением вызова при занятости номера получателя;

определение основных параметров предоставляемого коммутируемого канала и соответствующая автоматическая настройка собственных амплитудных и фазовых корректоров, а также эхоподавителей;

повышение верности передачи данных как путём помехоустойчивого кодирования (циклические коды БЧХ), так и с помощью адаптивных алгоритмов с обратной связью (обычно типа РОС-НП);

сжатие данных с применением различных методов укрупнения первичного алфавита сообщения (алгоритм Хаффмена);

адаптивное изменение длины передаваемых кадров в зависимости от качества канала связи;

адаптивное изменение скорости передачи данных в зависимости от текущих параметров канала связи;

автоматическое определение основных параметров модема получателя и соответствующая подстройка собственных характеристик передачи по виду модуляции, скорости передачи, методу защиты от ошибок, алгоритму сжатия данных и т.д.;

эффективное использование пропускной способности предоставляемого канала связи путём передачи сигналов на максимально возможных скоростях.

Многочисленные задачи, решаемые модемами, отражены в соответствующих протоколах, которые можно разделить на 3 класса:

протоколы последовательной передачи; протоколы параллельной передачи (например, PEP, V.19, V.20); протоколы проведения диагностики и тестирования (например, V.51, V.54).

Наибольшей популярностью пользуется последовательная передача (как наиболее экономичная), поэтому протоколов последовательной передачи разработано огромное количество. Вот некоторые из них.

Протоколы физического уровня определяют следующие параметры: способ модуляции (ЧМ, ОФМ, квадратурная амплитудная модуляция,

модуляция ТСМ);

106

способ передачи (симплекс, полудуплекс, несимметричный дуплекс, симметричный дуплекс);

способ разделения направлений передачи (пространственное (4-х проводные каналы), временное (полудуплекс), частотное, эхоподавление);

способ цикловой синхронизации (асинхронный, синхронный); скорость модуляции (Бод); информационная скорость передачи (бит/с); уровень сигнала на передаче и приёме.

Наиболее распространёнными протоколами физического уровня являются следующие.

V.21 — симметричный дуплекс при частотном разделении прямого и обратного каналов и ЧМ модуляции. Асинхронная синхронизация, скорость передачи 300 бит/с при скорости модуляции 300 Бод. Работает практически по любым каналам связи.

V.22 — симметричный дуплекс при частотном разделении направлений передачи, ОФМ модуляции, асинхронно/синхронной синхронизации; скорость модуляции 600 Бод, информационная скорость до 1200 бит/с, т.е. нагрузка на элемент сигнала — 2 бита.

V.22 bis — симметричный дуплекс при частотном разделении направлений передачи, квадратурная амплитудная модуляция, асинхронно/синхронная цикловая синхронизация, скорость модуляции 600 Бод, информационная скорость до 2400 бит/с, т.е. нагрузка на элемент сигнала — 4 бит.

V.32 — симметричный дуплекс (полудуплекс для факсимильной передачи), квадратурная амплитудная модуляция или модуляция ТСМ, асинхронно/синхронный способы синхронизации, скорость модуляции 2400 Бод, информационная скорость до 9600 бит/с, т.е. нагрузка на элемент сигнала — 4 бит.

V.32 bis — симметричный дуплекс (полудуплекс для факсимильной передачи), разделение направлений передачи с помощью эхоподавления, модуляция ТСМ, асинхронно/синхронный способ цикловой синхронизации, скорость модуляции 2400 Бод, информационная скорость до 14400 бит/с, т.е. информационная нагрузка на элемент сигнала — 6 бит. Это наиболее распространённый стандарт для среднескоростных модемов.

V.34 — симметричный дуплекс (полудуплекс для факсимильной передачи); дополнительный служебный канал на 200 Бод, выделенный частотным уплотнением; разделение направлений передачи с помощью эхоподавления; модуляция ТСМ в основном канале и ЧМ — в служебном канале; асинхронно/синхронный способ фазирования; скорость модуляции переменная — 2400, 2743, 2800, 3000, 3200 и 3429 Бод, информационная скорость до 28800 бит/с, т.е. информационная нагрузка на элемент сигнала до 9 бит.

V.90 — новый стандарт, обходящий теоретические ограничения наложенные на стандартные аналоговые модемы, используя цифровые каналы. Протокол позволяет организовать несимметричный дуплекс 56/33,6 кбит/с на канале от цифровой АТС (56 кбит/с — в сторону абонента) за счёт использования нового подхода в преобразовании сигнала. Данные с оконечной цифровой АТС передаются абоненту в виде последовательности импульсов длительностью 125 мкс, пропущенных через низкочастотный фильтр для формирования огибающей. Эта огибающая — есть аналоговый сигнал, корректно передаваемый по абонентским линиям. Вообще говоря, абонент не обязательно должен быть подключен к цифровой АТС, но основное ограничение — на всём участке от станции до абонента должно быть только одно цифро-аналоговое преобразование — на оконечной цифровой АТС. Так как со стороны абонента (даже если он подключен к цифровой АТС) очень тяжело осуществлять синхронизацию со станционным оборудованием (и дальнейшим сетевым трактом), то

107

передача данных в направлении от пользователя осуществляется средствами, описанными в Рекомендации V.34.

Существует и множество других протоколов физического уровня (например, для факсимильной передачи — V.27, V.27 bis, V.27 ter, V.29, V.17; редко используемые — V.23, V.26, V.26 bis, V.26 ter, V.33), но их описание можно найти в соответствующих справочниках. Есть также протоколы, созданные фирмами-производителями модемов, например, ZyX фирмы ZyXEL, HST фирмы 3Com/USRobotics и др.

Протоколы канального уровня обеспечивают повышение верности передаваемых данных. МСЭ-Т рекомендует для этого уровня протокол V.42 — обнаружение ошибок циклическим кодом БЧХ с d0=5, а исправление ошибок — алгоритмом РОС-НП. Применяются также «фирменные» протоколы MNP 1, 2, 3, 4. Кроме того, в модемах обеспечивается сжатие данных. Здесь МСЭ-Т рекомендует использовать протокол V.42 bis, реализующий модифицированный алгоритм Хаффмена. «Фирменные» протоколы представлены MNP 5, 6, 7, 8, 9, 10.

Мосты обеспечивают соединение сетевых сегментов (обычно в ЛВС), имеющих различные передающие среды либо различные способы доступа к моноканалу. Мосты реализуют 1 и 2 уровни ЭМВОС, за счёт чего и удается соединять сети, работающие с разными протоколами 1 и 2 уровней. Лидером по продаже мостов является фирма Hewlett Packard. Кроме объединения ЛВС мост может обеспечить подключение ЛВС к региональной или глобальной сети.

Шлюзы являются наиболее сложными из устройств подключения и согласования, поскольку обеспечивают согласование вплоть до 7 уровня ЭМВОС. Таким образом, шлюз позволяет соединять сети с различными протоколами до 7 уровня включительно, например, сеть с архитектурой МСЭ-Т с сетью Internet. Обычно центры коммутации пакетов имеют встроенные шлюзы, что существенно расширяет область их применения.

В архитектуре Internet различные локальные и региональные сети соединяются друг с другом коммутаторами IP-пакетов, которые, естественно, должны выполнять роль шлюзов. Шлюз подключается к двум или более сетям, каждая из которых видит его как хост. Поэтому шлюз должен иметь физический интерфейс с каждой из подключаемых сетей, а также IP-адреса в каждой из сетей. В сети Internet шлюзы выполняют также функции IP-маршрутизации, т.е. определяют адрес следующего шлюза, куда необходимо отправить IP-пакет или адрес хоста (на последнем участке). Для этого шлюзам необходимо располагать информацией о текущей топологии Internet, поэтому они должны обмениваться служебной информацией о своем состоянии (см. 2.4).

Как показано в п. 2.4 шлюзы в сети Internet группируются в «автономные системы». Шлюзы, входящие в одну автономную систему, контролируются одной организацией и используют общие для этой системы протоколы маршрутизации, чтобы динамически обновлять свои базы данных (БД) по маршрутизации (см. 2.4). Автономные системы имеют внутренний и, возможно, внешний шлюзовые протоколы.

Определение. Внутренний шлюзовой протокол (IGP — Interior Gateway Protocol) — это конкретный протокол IP-маршрутизации, действующий внутри одной автономной системы.Определение. Внешний шлюзовой протокол (EGP — Exterior Gateway Protocol) — это протокол для обмена служебной информацией между автономными системами о топологии сети.Основное назначение шлюзов в сети Internet состоит в следующем.1. Реализуют протоколы IP-маршрутизации.2. Реализуют интерфейсы с двумя или более сетями. Для каждой подключенной

к шлюзу сети шлюз должен выполнить следующий набор функций: распаковка и упаковка IP-пакета в кадры соответствующей сети (например,

формирование заголовка и поля контроля ошибок в кадре сети Ethernet);

108

посылка и получение IP-пакетов размером вплоть до максимального для данной сети;

отображение IP-адреса получателя в соответствующий адрес внутри подключаемой сети (например, адрес рабочей станции в ЛВС типа Ethernet);

работа в соответствии с сетевым управлением потоками пакетов и реакция на сетевую индикацию ошибок, если подключаемая сеть обеспечивает такие возможности.

3. Получают IP-пакеты и направляют их далее по маршруту, определённому матрицей маршрутизации. При этом выполняется следующий набор функций: управление маршрутизацией в буферах исходящих каналов; контроль за перегруженностью каналов связи; распознавание различных ошибочных ситуаций и генерация сообщений

протокола ICMP об ошибках; удаление IP-пакетов, у которых поле «время жизни» достигло нуля; фрагментация IP-пакетов, размер которых превышает предельно

допустимый для данной сети.4. Выбирают следующего получателя для каждого IP-пакета на основе

информации, содержащейся в базе данных маршрутизации.5. Реализуют требуемый внутренний шлюзовой протокол — IGP. Некоторым

шлюзам (которые обеспечивают соединение автономных систем) необходимо реализовывать также и внешний шлюзовой протокол — EGP.

6. Предоставляют средства системной поддержки, включающие загрузку, отладку, информирование о состоянии, исключительных ситуациях и управлении.

Анализ основных функций шлюзов Internet показывает, что первичной их задачей является реализация IP-маршрутизации; проблема согласования различных сетей стоит на втором плане (проблема IP-маршрутизации подробно рассмотрена в п.2.4).

Шлюзы могут быть выделенными, когда оборудование предназначается исключительно для решения задач IP-маршрутизации и согласования. Встроенные шлюзы обычно совмещают свои функции с функциями хост-ЭВМ. Такие шлюзы используют, как правило, операционную систему типа UNIX.

Кроме того, шлюзы могут быть прозрачными для IP-адреса или нет. Прозрачный шлюз обеспечивает прохождение IP-адреса к хостам подключенной сети. Непрозрачный шлюз считает, что подключенная сеть (обычно ЛВС) является хостом, т.е. обладает одним IP-адресом. Данный подход реализуется в брандмауэрах (нем. brandmauer) или файеруолах (англ. firewall) c целью обеспечения безопасности подключаемой сети. Такие маршрутизаторы (шлюзы) анализируют заголовки IP-пакетов и пропускают внутрь и наружу только те пакеты, адреса которых являются разрешёнными. Сведения о таких адресах обычно хранятся в специальных базах данных.

В нашей стране наиболее широкое распространение получила аппаратура фирмы Cisco, которая выпускает очень широкий спектр оборудования как для локальных, так и для глобальных сетей, в том числе, маршрутизаторы, брандмауэры, серверы доступа, управляемые хабы, коммутаторы ЛВС и т.д.

В качестве внутренних шлюзовых протоколов применяются стандартные протоколы сетевого и канального уровней, обычные для сети Internet. Это протоколы — IP, ICMP, ARP, E-net, SLIP и PPP. Конкретная реализация алгоритмов маршрутизации выполняется в протоколах GGP, RIP, “Hello”, OSPF, IS-IS (см. п. 2.4). Внешние шлюзовые протоколы подробно рассмотрены в п. 2.4.

109

5.3. Устройства распределения Internet

К устройствам распределения сообщений в региональных и глобальных сетях следует отнести:

пакетные адаптеры данных (ПАД), которые занимают промежуточное место между устройствами подключения и устройствами распределения;

концентраторы; центры коммутации пакетов (ЦКП); IP-маршрутизаторы.С полным правом к сети Internet можно отнести только IP-маршрутизаторы,

которые в подавляющем большинстве случаев выполняют функции шлюза. Функции шлюза подробно описаны в п. 5.2. В отношении маршрутизаторов необходимо еще отметить, что они, правда, в несколько упрощенном виде, широко используются для объединения и расширения ЛВС. Это обусловлено тем, что на верхних уровнях ЛВС могут использоваться протоколы TCP/IP. Маршрутизаторы применяются в очень крупных ЛВС, насчитывающих тысячи рабочих станций, где они способны обеспечить эффективное управление трафиком.

Пакетные адаптеры данных (ПАД), концентраторы и ЦКП подробно рассматривались в [1]. Отметим лишь ещё раз место этих элементов в структуре сети, а также применяемые при этом протоколы. Заметим также, что концентраторы находят широкое применение при построении неоднородных ЛВС. В этом случае они называются «хабами» (hub) и позволяют строить ЛВС произвольной конфигурации, практически неограниченного объёма.

Структура региональной сети, работающей в соответствии с Х.25, и необходимые протоколы, отображены на рис. 5.4.

Обозначения:

М — модем; ПАД — пакетный адаптер данных; ООД — оконечное оборудование данных; ЦКП — центр коммутации пакетов.

Рис. 5.4. Взаимодействие терминалов с сетью КП по Х.25

Далее приводятся основные функции протоколов, изображённых на рис. 5.4.

110

Старт-стопный терминал

Пакетное синхронное ООД

М М МПАД

ЦКП

Интерфейс X.20, X.20 bis Интерфейс X.25

Интерфейс X.21, X.21 bis

Сеть с КП по X.25

Характеристики по X.3

Процедуры по X.28 Процедуры по X.29

Протокол Х.3 — определяет характеристики некоторого объекта (возможно программы), обеспечивающего доступ стартстопных терминалов к синхронной сети с КП, работающей по Х.25. Рекомендация Х.3 определяет набор из 9 основных рабочих функций этого объекта (который называется пакетный адаптер данных – ПАД), среди них:

сборка знаков в пакеты, предназначенные для передачи в сеть с КП по Х.25; разборка на знаки информационного тела пакета перед выдачей данных в

стартстопный терминал; устранение старта и стопа при формировании пакета и обратная генерация

при разборке пакета; управление установлением и разрушением виртуального соединения между

взаимодействующими ООД.Устанавливается набор из 22 сервисных услуг, которыми может пользоваться (и

задавать их) абонент. Например, по требованию абонента ПАД может автоматически вводить (при выдаче абоненту) признаки перевода строки и возврата каретки.

Протокол (а точнее интерфейсный протокол) Х.20 определяет процедуру согласования стартстопного терминала с модемом при использовании коммутируемого или выделенного канала связи. Определяются 5 цепей стыка, процедуры установления соединения и отбоя. Задаются форматы управляющих сигналов и тайм-ауты.

Протокол Х.20 bis аналогичен по назначению Х.20, но обеспечивает согласование асинхронных терминалов с асинхронными модемами, соответствующими рекомендации серии V (например, V.21, V.21 bis, V.22, V.23 и т.п.). Определяются 10 цепей стыка. Их электрические характеристики должны удовлетворять рекомендации V.28. Также задаются процедуры установления соединения и отбоя, форматы управляющих сигналов и тайм-ауты.

Протоколы Х.21 и Х.21 bis определяют процедуру согласования синхронного оконечного оборудования данных (ООД) и синхронного модема. Определяются 9 цепей стыка, электрические характеристики этих цепей должны удовлетворять рекомендациям Х.26 и Х.27. Задаются процедуры установления соединения и отбоя, форматы управляющих сигналов.

Протокол Х.21 bis, по аналогии с Х.20 bis, определяет согласование с модемами, соответствующими рекомендациям серии V. Здесь задаётся 13 цепей стыка.

Протокол Х.25 определяет процедуру пакетной коммутации в виртуальном режиме на первых трёх уровнях:

1й уровень — физический — Х.21, Х.21 bis;2й уровень — Х.25/2 (HDLC или LAPB);3й уровень — Х.25/3.Протокол Х.28 определяет взаимодействие стартстопного терминала с ПАД,

а именно: способы соединения терминалов с ПАД; порядок инициализации взаимодействия терминала с ПАД; процедуры обмена управляющей информацией; процедуры обмена данными.

Терминал может подключаться к ПАД через выделенные или коммутируемые каналы ТлфОП или сеть передачи данных (ПД) общего пользования.

Протокол Х.29 определяет взаимодействие синхронного ООД с сетью ПД по Х.25 или между ПАД и синхронным ООД.

Как уже отмечалось ранее, подключение сетей ПД, работающих по протоколам МСЭ-Т, к Internet обеспечивается с помощью шлюзов (см. рис. 5.1).

111

Контрольные вопросы по главе

1. Изобразите различные варианты подключения пользователей к Internet.2. Приведите классификацию технических средств Internet.3. Какие основные элементы входят в состав персонального компьютера?4. Кратко опишите основные элементы, входящие в состав системного блока.5. Дайте характеристику внешних запоминающих устройств.6. Дайте характеристику мониторов персональных компьютеров.7. Кратко опишите историю развития видеоадаптеров.8. Дайте характеристику периферийных устройств персонального компьютера.9. Каковы основные принципы построения печатающих устройств?10. Приведите классификацию операционных систем персональных компьютеров.11. Кратко опишите операционные системы для отдельных ЭВМ.12. Кратко опишите сетевые операционные системы.13. Дайте краткую характеристику модемов.14. Кратко опишите модемные протоколы физического и канального уровней.15. Дайте краткую характеристику мостов.16. Кратко опишите основные функции шлюзов.17. Дайте характеристику основных протоколов взаимодействия различных ООД через

сеть с КП по Х.25.

112

6. РОССИЙСКИЕ ПОДСЕТИ INTERNET

6.1. Сеть RELCOM

Созданием в 1990 году сети RELCOM (RELiable COMmunication), собственно, и было положено начало Российскому Internet. Эта сеть образовалась на основе узкопрофессиональной компьютерной сети, объединявшей пользователей Unix-совместимых ЭВМ Института атомной энергии и нескольких других НИИ. К концу 1990 года сеть уже была подключена к европейской части сети Internet — сети EUnet (European UNIX Network).

В настоящее время основной физической средой передачи сообщений является обычная телефонная сеть общего пользования. Причём возможно использование простых и дешёвых модемов. Региональные центры RELCOM соединяются выделенными каналами и используют высокоскоростные модемы, что обеспечивает быструю передачу больших объёмов информации. Аппаратная база двух Московских региональных центров обеспечивает одновременное обслуживание до 300 телефонных каналов.

Большинство пользователей сети RELCOM пока работает в режиме “off-line”, обеспечивающем только услуги ЭП. Тем не менее, в рамках технологии ЭП пользователям доступны многие информационные источники класса почтовых серверов (mail-server), основными из которых являются собрания новостей (News-mail) и файловые архивы (FTP-mail). Менее распространенным является режим “on-line” в режиме удалённого терминала. В режиме эмуляции удалённого терминала применимы средства Telnet, FTP, Gopher и распространённой программы Lynx для доступа к WWW-серверам в текстовом режиме.

По выделенным каналам подключаются, как правило, крупные фирмы, которые могут платить ежемесячно несколько сотен долларов, но в результате имеют круглосуточную гарантированную связь с Internet на высокой скорости.

Основная часть пользователей предпочитает приобретать доступ в сеть Internet по коммутируемым телефонным каналам, т.е. их соединения с Internet носят сеансовый характер. При таком способе соединения затраты, как правило, измеряются уже в десятках долларов в месяц. Льготный тариф применяется в вечернее и ночное время, а также в выходные дни. Для достаточно комфортной работы в сети необходимо наличие у пользователя модема с минимальной скоростью 14,4 Кбит/сек, а лучше выше.

Сеть RELCOM обеспечивает доступ к собственным информационным ресурсам, типа NEWS, FTP, WAIS, Gopher и WWW-серверам узлов и ЛВС, а также к

113

информационным источникам ряда других сетей РФ. Большой популярностью пользуются телеконференции на русском языке (более 1000 тем), распространяемые по всему миру.

Специальным разделом коммерческих телеконференций (иерархии relis и demos) фактически является информационная система Relcom Information Service, материалы в которую поставляются информационными агентствами (POSTFACTUM, ИТАР-ТАСС и др.) и организациями информационного бизнеса.

В заключение можно отметить, что RELCOM, являясь коммерческой сетью, имеет достаточную разветвлённую инфраструктуру, представленную многочисленными узлами сети, расположенными более чем в 100 городах по всей территории РФ, а также в странах СНГ.

6.2. Сеть RUNNet

Федеральная университетская компьютерная сеть России — RUNNet (Russian University Network) является научно-образовательной сетью, построенной с использованием протоколов TCP/IP. Она представляет собой также подсеть сети Internet. Работы по созданию сети RUNNet начались в 1994 году в рамках государственной научной программы «Университеты России» и проводятся под руководством Госкомитета РФ по высшему образованию.

Сеть RUNNet является средством для формирования единого информационного пространства высшей школы России и его интеграции в мировую информационную систему образования, науки и культуры, развивающуюся на основе глобальной сети Internet.

Реализация проекта RUNNet решает следующие задачи: обеспечивает российские университеты современными средствами

компьютерных телекоммуникаций; предоставляет широкий спектр коммуникационных и информационных услуг; обеспечивает российским университетам доступ в глобальную сеть Internet.В комплексе работ по построению RUNNet и информационному наполнению

сети участвуют более 100 ВУЗов и научных учреждений Госкомвуза РФ. Сеть RUNNet до 1997 года должна была соединить в единую сеть ПД несколько десятков объектов, расположенных на территории РФ.

Основа построения сети — базовая опорная многопротокольная федеральная магистральная сеть, обеспечивающая магистральную связь между всеми основными экономическими регионами РФ. Структурным элементом опорной сети ПД является региональный сетевой сегмент, объединяющий весь экономический район, в котором создается информационно-коммуникационный центр — федеральный узел. Для связи между федеральными узлами в сети RUNNet создан собственный спутниковый сегмент транспортной среды, в котором осуществляется обмен данными по дуплексным каналам со скоростями не менее 64 Кбит/сек. В свою очередь, федеральный узел будет обеспечен каналами ПД с крупными городами района (региональными узлами) и отдельными объектами. При необходимости федеральные и региональные узлы могут также связываться между собой спутниковым сегментом. На часть федеральных узлов возлагаются функции распределённого ядра. Таким образом, сеть RUNNet имеет чётко выраженную иерархическую структуру. Региональные узлы осуществляют обмен данными с соответствующим федеральным узлом со скоростью 64 Кбит/сек. Канал

114

связи между региональным и федеральным узлом является выделенным. Для связи между ядром, федеральными и региональными узлами могут использоваться каналы различных типов — кабельные, РРЛ и спутниковые.

На первом этапе создания сети RUNNet число федеральных узлов было равно 6 — это Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Екатеринбург, Красноярск и Владивосток, на втором — 10 узлов и на третьем — более 14 узлов. Федеральный узел осуществляет дуплексный обмен данными с 2 5 региональными узлами со скоростью 64 Кбит/сек в каждом направлении по выделенным каналам. Кроме того, возможен дуплексный обмен по расписанию или по требованию с другими федеральными узлами со скоростью 64256 Кбит/с. Распределённое ядро располагается в Москве и Санкт-Петербурге.

Московский федеральный узел осуществляет дуплексный обмен со скоростями 64256 Кбит/с с федеральными и региональными узлами, сопряжение с международными сетями на скорости до 256 Кбит/с, управление сетью спутниковых каналов RUNNet, распределение и маршрутизацию данных.

Санкт-Петербургский федеральный центр реализует следующие задачи: обеспечивает постоянно действующую связь с 4-мя федеральными узлами со

скоростью 64256 Кбит/с; осуществляет дуплексный обмен по требованию с 8-ю федеральными и 20-ю

региональными узлами; выполняет сопряжение с международными сетями; решает задачи распределения и маршрутизации данных.Таким образом, распределённое ядро имеет топологию «двойной звезды» с

каналом ПД (между Москвой и Санкт-Петербургом) со скоростью 2562048 Кбит/с.Выход в Internet осуществляется через Московский узел по наземному каналу

Москва (МГУ) – Париж (Renater) со скоростью 128 Кбит/с и через Санкт-Петербургский узел по ВОЛС Санкт-Петербург – Хельсинки со скоростью 256 Кбит/с.

Сеть RUNNet предоставляет услуги по подключению университетам, НИИ и научным центрам, а также иным учреждениям, предприятиям и организациям, деятельность которых лежит в сферах образования науки и культуры. Подключение к RUNNet даёт доступ к полному набору сервисов сети Internet.

В сети RUNNet развивается собственный информационный сервис, учитывающий научно-образовательную специфику:

информационно-справочные системы по университетам; электронные библиотеки учебно-методических материалов; средства дистанционного обучения; распределённые издательские комплексы и другие информационные ресурсы.

6.3. Сеть RELARN-IP

Ассоциация научных и учебных организаций, пользователей сетей ПД, под названием RELARN (Russian Electronic Academic and Research Network), была организована в 1992 году совместным решением Министерства науки, Российской Академии наук и Российского Научного Центра «Курчатовский Институт». Основными направлениями деятельности этой ассоциации являются:

создание сети RELARN-IP для обеспечения доступа научным и учебным организациям к ресурсам сети Internet;

участие в издании и распространении научно-технической литературы с применением компьютерных технологий и телекоммуникаций Internet.

115

Сеть RELARN базируется на следующих принципах: создание опорных точек доступа (ОТД) с целью максимальной интеграции

уже существующих сетевых ресурсов; подключение к ОТД региональных сегментов компьютерных сетей; вхождение в мировые и европейские программы создания скоростных

магистральных каналов.В настоящее время ОТД созданы в Москве, Санкт-Петербурге, Самаре,

Екатеринбурге, Новосибирске и Хабаровске.Структура региональной компьютерной сети представляет собой совокупность

центрального узла с резервным узлом (т.е. ОТД) и цифровой опорной магистрали (backbone), соединяющей опорные узлы, созданные на АТС города. В качестве опорной магистрали (backbone) предполагается использовать оптическое кольцо (стандарт FDDI). В дальнейшем опорная сеть ПД (на базе оптического кольца) будет расширяться либо на основе дополнительных участков ВОЛС, либо путём создания каналов соответствующей пропускной способности (не менее 64 Кбит/с) с помощью какой-либо другой технологии (РРЛ, физические линии на коротких участках и т.д.). Таким образом, региональная сеть представляет собой высокоскоростное ядро (оптическое кольцо), соединённое с такими же региональными сетями в других регионах, которое окружено «облаком» средне- и низкоскоростных каналов, доводящих информацию до потребителей.

В качестве центральной опорной сети каналов используется сданная в эксплуатацию цифровая РРЛ (радиорелейная линия связи) Москва – Самара – Екатеринбург – Новосибирск – Хабаровск на скорость 2 Мбит/с, которая будет продублирована ВОЛС.

Структура Самарского регионального сегмента представляет собой совокупность двух центральных узлов (ОТД) — основного (расположенного в здании ТЦМС-5) и резервного (в здании новой МТС), а также цифрового кольца, соединяющего АТС-37, 42, 34, 54, 23, 24 и 66.

В качестве базовой технологии для создания опорной кольцевой магистрали целесообразно выбрать стандарт FDDI (Fiber Distributed Date Interface). Данная технология обеспечивает надёжную передачу данных со скоростью до 100 Мбит/с. Таким образом, формируется общее кольцо, по которому осуществляется передача интегральных потоков информации от узла к узлу. Подключение ЛВС отдельных организаций целесообразно производить на основе стандарта E1 (скорость 2,048 Мбит/с). Поскольку Самара является основным коммуникационным центром для городов Южного Урала и Среднего Поволжья (таких как Пенза, Ульяновск, Уфа, Челябинск, Магнитогорск, Оренбург, Саранск, Ижевск и т.д.), то большинство из этих городов в ближайшем будущем будет объединено цифровыми каналами в единую высокоскоростную сеть. Следовательно, ОТД в Самаре может стать центральным узлом Поволжского региона.

После сдачи цифровой РРЛ Москва-Самара для целей передачи данных, Министерство науки арендует общий канал с пропускной способностью 2 Мбит/с и приобретает более мощный маршрутизатор верхнего уровня — CISCO 4700.

Таким образом, сеть RELARN-IP предоставит доступ к сети Internet научным учреждениям и учебным организациям для открытых исследований в области науки и образования, проводимых в НИИ, академических институтах, университетах и ВУЗах.

6.4. Отечественные технологии сопряжения стандартов Х.25 и TCP/IP

116

При организации глобальных телекоммуникационных систем связи в РФ возникает ряд проблем, которые не всегда возможно решить за счёт закупки зарубежного оборудования и ПО (программного обеспечения). Наиболее значительными проблемами являются:

полная русификация зарубежных систем невозможна, что значительно сужает круг потенциальных пользователей;

сложность стыковки со специальным ПО, разработанным в организациях, заинтересованных в подобных системах;

высокая стоимость коммуникационного оборудования и ПО (мощный хост для электронной почты может обойтись в 10 15 тысяч долларов).

В связи с этими обстоятельствами ряд отечественных организаций приступил к полномасштабным проектам разработки собственных средств для телекоммуникационных компьютерных систем.

В итоге за короткие сроки научно-производственным предприятием «Фактор» и АО «Русская коммерческая инициатива (РКИ)» были созданы программно-технические комплексы, получившие названия ДИОНИС и РЕМАРТ, соответственно. Данные разработки на российском рынке составили реальную конкуренцию западным телекоммуникационным системам.

По своим внешним параметрам обе указанные системы имеют много общего: полностью соответствуют существующим стандартам – Х.25, Х.400, TCP/IP,

UUCP; предоставляют весь комплекс услуг, характерных для

телекоммуникационных систем, а именно: ЭП, телеконференции, пересылка файлов, синхронные совещания, сетевые базы данных;

обеспечивают доступ абонентов к информационным ресурсам с использованием коммутируемых и выделенных телефонных каналов.

Однако, с точки зрения архитектуры, эти телекоммуникационные системы имеют существенные различия.

В архитектуре РЕМАРТ прослеживается желание создать систему, пригодную для самых различных приложений. Поэтому в состав, кроме основных услуг, включены и специализированные: электронная биржа; электронный аукцион; электронный магазин; электронный торговый дом; межбанковские расчеты; конкурсы и опросы; телереклама.

При создании ДИОНИС основной целью явилась разработка транспортного уровня системы, обеспечивающего устойчивый обмен данными как между хостом и его абонентами, так и между хостами в распределённых региональных сетях. В тоже время прикладной уровень включает лишь перечисленные выше базовые услуги.

Различаются также подходы «Фактора» и «РКИ» с позиций аппаратного оснащения. Если «РКИ» предполагает поставку оборудования исключительно западного производства, то «Фактор», наряду с западным оборудованием, предлагает комплекс специальных устройств — платы Х.25, мультипорты и т.д. — собственного производства или выпускаемых совместно с другими российскими фирмами. Последнее обстоятельство позволяет «Фактору» существенно снизить цену специализированного оборудования и обеспечить гарантийное и послегарантийное обслуживание аппаратно-программного комплекса собственными силами.

Хосты РЕМАРТ функционируют в сети РОСНЕТ и специализированных банковских системах.

Значительное число ДИОНИСов функционирует в качестве ресурсов в составе действующих коммерческих компьютерных сетей: IASNET, SOVAM, INFOTEL, РОСПАК и других. Опыт эксплуатации ДИОНИС в перечисленных сетях позволяет

117

утверждать, что это единственная на сегодняшний день отечественная разработка в области компьютерной телекоммуникации.

6.4.1. Система РЕМАРТ

Данная система представляет собой аппаратно-программный комплекс, включающий центральный хост-компьютер на базе CPU i486, электронного коммутатора-расширителя интерфейса и устройств ПД — модемов, мультиплексоров, сетевых адаптеров. Модульность построения комплекта РЕМАРТ позволяет легко наращивать мощность системы.

АПК (аппаратно-программный комплекс) имеет следующие основные параметры: ОЗУ — до 64 Мбайт; суммарная внутренняя дисковая память — до 32 Гбайт; суммарная внешняя дисковая память — до 585 Гбайт; протоколы — Х.25 и для ЛВС Novell NetWare; скорость по 2-х проводным ТЛФ каналам — до 57,6 Кбит/с; скорость по 4-х проводным ТЛФ каналам — до 150 Кбит/с.

РЕМАРТ обеспечивает оперативный обмен данными между Центробанком РФ и его отделениями в 81 регионе РФ. В Казахстане – между Национальным Банком Казахстана и его отделениями в 19 областях Казахстана.

6.4.2. Система ДИОНИС

Основой данной сетевой технологии, разработанной НПП «Фактор», является программное обеспечение для многопользовательских сетевых центров ДИОНИС (часто называемых хостовыми системами), каждый из которых одновременно может обслуживать до 256 абонентов. При этом обеспечиваются следующие информационно-коммутационные услуги:

глобальная распределённая ЭП, включая пересылку файлов; телеконференции (усовершенствованные «доски объявлений»); WWW-сервер; сетевые базы данных; средства удалённого манипулирования файлами серверов ЛВС; автоматический обмен данными между узлами ДИОНИС для построения

распределённых систем; автоматический обмен ЭП с хостами других производителей с

использованием протокола SMTP; внутренние шлюзы для «прозрачного» соединения в режиме “on-line”

различных каналов связи (RS 232C, X.25, TCP/IP, IPX); внешние шлюзы для преобразования протоколов между различными сетями

(UUCP и Х.400, обмен с телексными и телеграфными сетями; преобразование электронных писем в факс-формат; доставка и приём факс-сообщений);

средства защиты информации; средства интеграции телекоммуникационных систем с прикладными

системами пользователей; средства сбора статистики.ДИОНИС версии 2.10 может непосредственно выполнять все функции

стандартного IP-сервера и маршрутизатора. Эти новые возможности существенно расширяют доступность к услугам Internet с хостов ДИОНИС для зарегистрированных

118

на них абонентов. Теперь Internet-услугами помимо IP-сетей, могут пользоваться все абоненты сетей Х.25, а также абоненты, использующие для подключения к ДИОНИС коммутируемые или выделенные телефонные каналы.

Обобщённая конфигурация технических средств центра ДИОНИС представлена на рис. 6.1.

В качестве хостовой ЭВМ системы ДИОНИС может быть использована любая IBM-совместимая ПЭВМ с процессором не хуже 80486 или Pentium под управлением OC MS DOS версии не ниже v.6.0.

Установка дополнительных многопортовых плат RS 232C позволяет увеличить число абонентов, подключаемых одновременно по обычным телефонным каналам, до 34. Для подключения ДИОНИС к сетям Х.25 в хостовую ЭВМ устанавливается интеллектуальный контроллер Х.25, имеющий два синхронных порта со скоростью обмена 19,264 Кбит/с и выше.

Подключение ДИОНИС к сетям TCP/IP осуществляется по нескольким асинхронным портам или через Router (маршрутизатор) региональной сети. При подключении к асинхронным портам используется протокол SLIP, обеспечивающий скорость передачи информации по выделенным каналам до 38,4 Кбит/с.

Доступ к ДИОНИС из ЛВС, развернутой на той же территории, на которой расположена и хост-ЭВМ ДИОНИСа, может быть реализована на 32 рабочих станциях этой ЛВС.

119

Обозначения:

120

ДИОНИ

С

2-х портовый

контроллер Х.25

8-ми портовыеконтроллеры

RS 232C

СМ

к сети Х.25

СМ

к сети Х.25Шлюз Х.400 или

UUCP

АЛС

Порты

Порты

Телеграфно-телексный

шлюз

АЛС ТТ ТТ ТТ ТТ

Телеграфно-телексная сеть

FAX-шлюз

АЛС ФМ ФМ ФМ ФМСервер ЛВСL

AN

…РСРС

РС

к сети TCP/IP

Телефонная сеть общего пользования

АЛСАЛСАМ Com1

к сети Х.25к сети

TCP/IP

Router (маршрутизатор

-шлюз)СМ

СМ

к сети Х.25

Локальное

оборудование

АМ АМ АМ АМ АМ

к коммутируемым или выделенным каналам

АМ — асинхронный модем; СМ — синхронный модем; ФМ — факс-модем; РС — рабочая станция; АЛС — адаптер локальной сети; ТТ — телеграфно-телексный адаптер.

Рис. 6.1. Обобщённая конфигурация технических средств центра ДИОНИС

В качестве средств физической связи хост-ЭВМ ДИОНИСа с внешними шлюзами можно использовать:

локальную сеть; «нуль-модем», т.е. соединение по физической линии; коммутируемый или выделенный телефонный канал с модемом; сеть с коммутацией пакетов.Функции внешних шлюзов (FAX-шлюза, телеграфного шлюза, шлюза Х.400,

шлюза UUCP) всегда реализуются на отдельных ЭВМ. Однако одна шлюзовая ЭВМ может реализовывать функции 2-х основных шлюзов, обеспечивая взаимодействие с факс- и телеграфно-телексными сетями. Одновременно такой шлюз может обслуживать:

до 6 факс-каналов; до 16 телеграфно-телексных каналов; до 8 виртуальных каналов обмена данными с системами ДИОНИС и (или)

другими многофункциональными шлюзами.Шлюз Х.400 и UUCP-шлюз всегда реализуются на отдельных ЭВМ.Для обмена почтовыми сообщениями с сетью Internet технология ДИОНИС

предусматривает использование протокола SMTP, обеспечивающего обмен данными на базе протокола TCP/IP без внешних шлюзов.

По состоянию на 15.10.1996 в 140 городах России и странах СНГ создано 520 узлов корпоративных (региональных) сетей на базе ДИОНИС.

В настоящее время следующие организации и структуры используют технологию ДИОНИС для создания ведомственных сетей и интегрированных в сети общего пользования информационных центров:

государственные органы власти и управления, например, ТАС «ВЫБОРЫ», МВД РФ (17 городов), Налоговая инспекция (4 города), Администрации областей (3 области), Управления Федерального Казначейства (9 городов) и т.д.;

сети общего пользования: РОСПАК, ИНФОТЕЛ, СОВАМ, ТЕЛЕПОРТ, СПРИНТ, UACNET, ММТЕЛ, ИБЕРИЯ ПАК (Грузия);

региональные сетевые структуры: Ставропольский телеграф, Пермская, Белгородская, Оренбургская, Омская и др. МТС;

коммерческие банки и страховые компании (например, Сбербанк РФ, Агропромбанк и др.);

биржи, концерны и крупные предприятия (например, Московская нефтяная биржа, Российское космическое агентство, НИИ «Энергия» и т.д.);

учебные заведения.

Контрольные вопросы по главе

1. Назначение и предоставляемые услуги сети RELCOM.2. Опишите структуру и основные компоненты сети RUNNet.3. Основные принципы сети RELARN.4. Структура Самарского регионального сегмента сети RELARN.5. Информационно-коммутационные услуги системы ДИОНИС.

121

6. Конфигурация информационной системы ДИОНИС.

122

7. СОВРЕМЕННЫЕ СЕТЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

7.1. Технология Frame Relay

Традиционные глобальные и локальные вычислительные сети были взаимно исключающими средами в том, что касается технологии и архитектуры. Одной из направляющих сил развития перспективных сетевых технологий является стремление к унификации этих разнородных сред с целью получения однородной системы. Сеть, использующая подобные технологии как на локальном, так и на глобальном уровне, много проще и дешевле в эксплуатации.

В результате перехода к технологии Frame Relay (FR — быстрая коммутация кадров) глобальные сети приобретают архитектуру и функциональные характеристики, типичные для ЛВС. Глобальные сети FR имеют более распределенную структуру, более гибки в управлении и более быстры, чем традиционные глобальные сети. Однако качество каналов для сети FR должно быть очень высоким (вероятность ошибки на единичный элемент — не хуже 10-7). ЛВС могут подключаться к сетям FR напрямую без дополнительной инкапсуляции трафика ЛВС в кадры HDLC. Причём преимущество FR не в многомегабайтной скорости передачи данных, а в методах статистического уплотнения данных, обеспечивающих информационную скорость передачи, в несколько раз превышающую физическую пропускную способность канала, а также в наличии интерфейсов, позволяющих эффективно подключать к сети FR различное ООД.

Frame Relay — это протокол, который описывает интерфейс доступа к сетям быстрой коммутации, позволяет эффективно передавать крайне неравномерно распределённый во времени трафик и обеспечивает высокие скорости прохождения информации через сеть, малые времена задержек и рациональное использование пропускной способности каналов. В отличие от сетей Х.25 по сетям с Frame Relay возможна передача не только собственных данных, но также речи в дискретном виде.

Согласно ЭМВОС, Frame Relay является протоколом второго уровня, но выполняет и некоторые функции, присущие третьему уровню. Frame Relay устанавливает соединение через сеть согласно протоколу X.25 в том случае, когда используются постоянные виртуальные соединения (Permanent Virtual Circuits — PVC).

Совокупность виртуальных каналов (PVC) может быть проложена внутри каждого физического канала. Выбор конкретного логического канала — маршрута (PVC), проложенного через сеть — определяется значением специального поля в формате кадра Frame Relay. Это поле называется DLCI — Data Link Connection Identifier (идентификатор соединения по звену ПД). Для обращения к ресурсу управления сети в протоколе Frame Relay используются кадры со значением DLCI равным 0, которые передают служебную информацию.

За исключением функции установления соединения, все остальные процедуры, описываемые протоколом Frame Relay, укладываются в два уровня модели ЭМВОС.

123

Сопоставим структуры кадра протокола LAP-B (с включенным в него пакетом Х.25) и кадра Frame Relay, представленного на рис. 7.1.

По своей структуре кадр Frame Relay аналогичен кадрам LAP-B. Однако в нём отсутствуют поля, характерные для протоколов канального уровня. При сопоставлении протоколов Х.25/LAP-B и Frame Relay видно, что в протоколе Frame Relay число служебных разрядов меньше.

В сетях Х.25 гарантированная передача данных обеспечивается на канальном уровне при помощи механизма скользящего окна и повторной передачи в случае искажения какого-либо кадра.

В сетях с Frame Relay при межузловом обмене информацией ошибочные кадры просто «выбрасываются», и их повторение средствами самого протокола Frame Relay не предусматривается. Гарантированная и упорядоченная передача кадров одного сообщения обеспечивается протоколами высоких уровней, например, TCP/IP.

Обозначения:C/R — разряд поля команда/ответ; ЕА — разряд расширенного адреса; FECN — разряд извещения о перегрузке вперед; BECN — разряд извещения о перегрузке назад; FCS — контрольная последовательность кадра; DE — разряд расширенного сброса.

Рис. 7.1. Формат кадра Frame Relay

Протокол Frame Relay имеет минимальную протокольную избыточность (т.е. доля служебной информации в кадре, по отношению к содержащейся в нём информации пользователя, минимальна). В то же время Frame Relay позволяет производить маршрутизацию в рамках региональной сети на втором уровне без задействования механизмов маршрутизации по Х.25 или IP. Это существенно увеличивает скорость передачи кадров, а, следовательно, и целого сообщения.

Эффективность Frame Relay определяется также специфическими механизмами, управляющими загрузкой сети, которые гарантируют доведение кадров через сеть за определенное время. Эти механизмы как раз и позволяют передавать речь в цифровом виде.

Регулирование загрузкой сети описывается параметрами: CIR — Commited Information Rate (согласованная информационная скорость); CBS — Commited Burst Size (согласованный импульсный объем переданной

информации).Эти параметры назначаются для каждого виртуального канала (PVC). Обычно

CIR меньше, чем физическая скорость подключения пользователя к порту сети Frame

124

Флаг DLCI DLCIДанные или служебная

информация FCS Флаг

8 бит 6 8 бит 4 8 бит до 16352 бит 8 бит16 битЗаголовок — 16 бит

Кадр Frame Relay

бит EAбит DEбит BECNбит FECN

бит C/R

бит EA

Relay. При подключении к сети пользователь обычно получает значения CIR и CBS по каждому виртуальному каналу. Пользователь может передавать информацию либо с постоянной скоростью, равной CIR, либо с большей скоростью, но в течение ограниченного времени, значение которого определяется как:

Если пользователь не укладывается в рамки, задаваемые значениями CIR и CBS, то все «избыточные» кадры передаются с разрядами DE=1 (DE — Discard Eligible), т.е. признаком разрешения сброса. Сброс кадров происходит также при перегрузке сети.

Протокол Frame Relay не предусматривает механизма управления потоком кадров (т.е. ограничения потока) в том виде, в котором он реализован в HDLC (управляющие кадры RNR — Receiver Not Ready, RR — Receiver Ready и т.п.). Вместо этого в кадре Frame Relay используются разряды FECN (Forward Explicit Congestion Bit — бит явной сигнализации переполнения, направляемый вперед) и BECN (Backward Explicit Congestion Bit — бит явной сигнализации переполнения, направляемый назад).

FECN информирует принимающую сторону о перегрузке сети. На основании анализа частоты поступления FECN-разрядов приемник дает указание передатчику снизить интенсивность передачи. Торможение потока происходит средствами протоколов более высоких, чем Frame Relay, уровней — Х.25, TCP/IP или других.

BECN посылается на передающую сторону и является рекомендацией немедленно снизить темп передачи. Таким образом, BECN отрабатывается на уровне протокола Frame Relay.

В большинстве типов ООД используется только один из указанных разрядов. В крайнем случае разряды FECN и BECN могут в ООД игнорироваться. В этой ситуации вместо этих разрядов применяется неявный механизм регулирования потока с помощью средств протоколов более высоких уровней.

Подключение ЛВС к сети Frame Relay производится непосредственно, без каких-либо шлюзов. Сеть с Frame Relay также может выступать в качестве высокоскоростной магистрали для объединения ряда сетей с Frame Relay.

Обозначения:Т — терминал; ЦАТС — цифровая АТС; ISDN — цифровая сеть интегрального обслуживания.

Рис. 7.2. Объединение сетей с помощью сети Frame Relay

Метод Frame Relay является достаточно быстрой сетевой технологией, позволяющей организовывать каналы голос/данные на линиях со скоростью от 19,2 Кбит/с до 2 Мбит/с.

125

Т ЦАТС ЦАТС

Сеть X.25

Сеть Frame Relay

Сеть Frame Relay

ISDN

ISDN

ЛВСЛВСШлюз

... абоненты

7.2. Технология ATM

Новейшая технология высокоскоростных коммуникаций ATM (Asynchronous Transfer Mode — асинхронный режим переноса) воплощает в жизнь мечту любого связиста и покупателя услуг связи — эта технология предусматривает передачу любых типов информационных потоков (видео, голос, данные) по единому каналу. В этом плане технология ATM выступает альтернативой построения специальной широкополосной ISDN (цифровой сети интегрального обслуживания).

Основным преимуществом ATM перед уже известными сетями с интеграцией услуг является отсутствие ориентированности на какой либо тип передаваемой информации. В ATM ПЭВМ подключается к системе как к обычной ЛВС, телевизор — как к сети кабельного телевидения, а цифровая АТС — как к каналу E1 или E3. ATM объединяет локальные и глобальные сети, предоставляя доступ к ресурсам одной ЛВС пользователям разных городов. Процедура установления соединения в ATM-сети позволяет заранее определить тип трафика, требуемую полосу пропускания и приоритет на использование канала связи, что гарантирует предоставление заданного качества услуги и минимально возможную загрузку межузловых каналов связи.

Основным отличием ATM от существующих коммуникационных технологий является очень высокая скорость передачи данных — 25, 34, 100, 155, 662 Мбит/с и до 10 Гбит/с (последнее значение — в будущем). Существующая элементная база может обеспечить коммутацию потоков данных на подобных скоростях только при очень простом протоколе взаимодействия устройств внутри ATM-сети. Поэтому стандарт ATM не имеет большинства процедур контроля качества информации.

Несмотря на то, что и Frame Relay и ATM представляют собой протоколы второго уровня, между ними имеются существенные отличия. Эти различия касаются формата кадров, архитектуры и приложений.

Frame Relay, как следует из названия (frame) использует кадры, в то время как ATM — ячейки (cells). Основное отличие между ними состоит в том, что кадры имеют произвольную (и достаточно большую) длину от 256 до 8000 байт, а ячейки фиксированы по размеру — всего 53 байта. Это обеспечивает высокую скорость передачи данных, т.к. отпадает необходимость в определении и контроле длины передаваемых кадров.

ATM имеют несколько возможных форматов заголовка ячейки. У кадра Frame Relay всегда одна и та же структура адресных и управляющих полей. В то же время ячейка ATM может иметь заголовок одного или двух различных форматов в зависимости от местонахождения ячейки в сети.

Для ячеек, которые передаются между сетью («облаком») и оборудованием внутри здания (ООД) используется формат заголовка UNI — User-to-Network Interface (сетевой интерфейс пользователя). Для трафика внутри сети (облака) или между сетями применяется формат заголовка NNI — Network-to-Network Interface (межсетевой интерфейс).

126

Рис. 7.3. Форматы ячеек ATM

Заголовки UNI и NNI довольно похожи, за тем исключением, что первое поле заголовка UNI — это 4-х разрядное поле управления потоком (GFC), а второе — это 8-ми разрядное поле идентификатора виртуального пути (VPI). В заголовке NNI поле GFC отсутствует, а поле VPI имеет длину 12 разрядов. 16-ти разрядное поле идентификатора виртуального канала (VCI) имеет место в обоих заголовках. 3-х разрядное поле (PT) определяет тип полезной нагрузки — видео, голос, данные. Поле HEC (8 разрядов) обеспечивает контроль ошибок в заголовке. Разряд CLP (приоритет потери ячейки) выполняет ту же роль, что и разряд DE в кадре Frame Relay. ATM использует комбинацию поля GFC и разряда CLP для управления потоком (ограничения потоков).

ATM использует принцип виртуальных соединений между конечными точками сетей. Различают 2 вида виртуальных соединений:

PVC — постоянный виртуальный канал; SVC — коммутируемый виртуальный канал.Технология ATM одинаково применима как к PVC, так и SVC. Процессы

формирования ячеек ATM и их передачи не различаются для обоих видов соединений. ATM использует принцип виртуальных путей (VP) и виртуальных каналов (VC) между конечными точками сети.

Виртуальный путь — это логическая конструкция, которая объединяет виртуальные каналы по определенному признаку. Физический канал несет в себе несколько виртуальных путей, которые в свою очередь содержат несколько виртуальных каналов.

Все ячейки передаются последовательно, а сведения об их принадлежности к тому или иному пути и каналу находятся в заголовке каждой ячейки.

Первые практические реализации взаимодействия между Frame Relay и ATM показали, что в ближайшем будущем технология Frame Relay будет использоваться как служба доступа в противовес ее теперешнему применению в качестве протокола канального уровня в сети передачи данных. Магистральные же каналы с Frame Relay будут заменены на каналы ATM.

127

VPI 12 разр.

VCI 16 разр.

PT 3 разр.

CLP 1 разр.

HEC 8 разр.

GFC 4 разр.

VCI 16 разр.

PT 3 разр.

CLP 1 разр.

HEC 8 разр.

VPI 8 разр.

Заголовок5 байт

Информационное поле48 байт

Заголовок NNI

Заголовок UNI

Контрольные вопросы по главе

1. Особенности сетевой технологии Frame Relay.2. Основные отличия кадров HDLC и Frame Relay.3. Формат кадра Frame Relay.4. Объединение сетей с помощью сетевой технологии Frame Relay.5. Особенности сетевой технологии ATM.6. Формат ячейки ATM.

ЛИТЕРАТУРА

1. Протоколы информационно-вычислительных сетей: Справочник/ С.А. Аничкин, С.А. Белов, А.В. Бернштейн и др.; Под ред. И.А. Мизина, А.П. Кулешова. — М.: Радио и связь, 1990. — 504 с.

2. Д. Гиббонс, Д. Фокс, А. Вестенбрук и др. Работа в E-mail: Пер. с англ. — М.: БИНОМ, 1996. — 336 с.

3. Б. Нанс. Компьютерные сети: Пер. с англ. — М.: БИНОМ, 1996. — 400 с.4. М. Нольден. Ваш первый выход в Internet: Пер. с нем. — СПб.: ИКС, 1996. — 240 с.5. С. Браун. «Мозайка» и «Всемирная паутина» для доступа к Internet: Пер. с англ. —

М.: Малип, 1996. — 168 с.6. П. Храмцов. Лабиринт Internet. — М.: ЭЛЕКТРОНИНФОРМ, 1996. — 256 с.7. М. Шварц. Сети связи: протоколы, моделирование и анализ: В 2-х ч. Ч.I: Пер. с

англ. — М.: Наука, 1992. — 336 с.8. Х. Крейг. Персональные компьютеры в сетях TCP/IP: Пер. с англ. — Киев:

Издательская группа BHV, 1997. — 384 с.9. Т. Паркер. TCP/IP. Освой самостоятельно. — М.: БИНОМ, 1997. — 448 с.10. Ю.А. Семенов. Протоколы и ресурсы Internet. — М.: Радио и связь, 1996. — 354 с.

128