Базовые сетевые технологии

    Если  бы пользователи имели доступ к тем  же самым средствам переконфигурации, что и производители, они могли бы не только удалять и создавать каналы, а сделать гораздо больше. Они могли бы настроить пропускные способности каналов так, как им это надо. Такая настройка может оказаться важной, так как она может сэкономить достаточно много денег на неиспользуемой пропускной способности, чтобы платить за дополнительную пропускную способность, когда она нужна. Рассмотрим, например, NSFNET. В 8 утра на восточном берегу пользователи приходят на работу и начинают генерировать траффик, поэтому требуется большая пропускная способность для каналов, соединенных с машинами, находящимися на востоке. Тем временем, на западном берегу большинство пользователей еще спит, поэтому для каналов, соединенных с машинами на западном берегу, требуется меньшая пропускная способность. По мере того, как начинается день, пропускной способности следует постепенно смещаться к каналам западного берега. Поздним вечером, когда пользователи уходят из своих офисов на востоке, каналам западного берега требуется наибольшая пропускная способность.  

    С точки зрения производителя, предоставление пользователям возможности менять пропускную способность канала означает, что пользователи платят за фиксированную  пропускную способность базовой  физической сети, но они тем не менее могут выделить себе требуемую часть этой пропускной способности. Рисунок 2.14 иллюстрирует эту идею.  

    Как показывает рисунок 2.14, пользователь, который платит за пропускную способность  Т в базовой физической сети, может  выбрать, как разделить эту пропускную способность между нескольких каналов. Конечно, при конфигурации пропускной способности отдельных каналов пользователь должен быть уверен, что в любой точке физического кабеля суммарная величина пропускной способности не превышает Т. Главным недостатком такой схемы является то, что для того чтобы сделать корректное распределение пропускной способности, пользователь должен знать как топологию физической сети, так и пути в этой сети, назначенные его каналам.

      Пропускная способность Т, выделенная в физической сети

      -------------------------------------------------------------

               ---------------------------------------

              |   ---------------    --------------   |

              |  |               |  |              |  |

      ------  |  |  -----------  |  |  ----------  |  |  ----------

            | |  | |           | |  | |          | |  | |

            | |  | |           | |  | |          | |  | |

            | |  | |           | |  | |          | |  | |

          ============       ============      ============

          |  Узел 1  |       |  Узел 2  |      |  Узел 3  |

          |          |       |          |      |          |

          |          |       |          |      |          |

          ============       ============      ============

              |  |               |  |              |  |

              C  A               A  B              B  C  

    Рисунок 2.14 Три канала(A, B и C), которые могут  быть переконфигурированы, пока они  используют пропускную способность, меньшую  чем Т, в любой точке магистральной  сети. Например, каждый канал может иметь пропускную способность Т/2 или, если A и B имеют пропускные способности Т/3, то C может иметь - 2*Т/3.  

    2.7.5 Сети среднего  уровня NSFNET 

    NSF финансировал большое число сетей  среднего уровня, которые были  расположены почти в каждом штате. Типичная сеть среднего уровня включает от 10 до 30 университетов и корпораций, находящихся в данной географической области. Первоначальной целью NSF было покрыть издержки, а затем поддерживать самодостаточность, позволив каждой сети среднего уровня работать в условиях финансовой и административной автономии. Хотя некоторые сети среднего уровня добились финансовой независимости, другие обнаружили, что это довольно трудно сделать. Управляющие сетей среднего уровня образовали Федерацию Академических Исследовательских сетей(FARNET) для координации технических работ и лоббировать дополнительную правительственную поддержку.  

    Каждая  сеть среднего уровня может выбрать  технологию, которую она считает  наилучшей; NSF обеспечивает доступ сети среднего уровня к остальному Интернету через магистральную сеть NSFNET. Большинство сетей среднего уровня используют выделенные линии точка-точка для соединения своих узлов, похожие на то, с помощью которого они соединяются с магистральной сетью NSFNET; почти все планируют со временем перейти на более скоростные линии.  

    2.7.6 Сети доступа NSFNET 

    Семейство сетей среднего уровня NSF включает пеструю  коллекцию сетей доступа. Некоторые  из них финансируются как экспериментальные  сети, использующие новые технологии( например, спутниковый мост), в то время как другие финансируются, чтобы обеспечить доступ к суперкомпьютерам конкретной исследовательской группе. Во второй категории каждый суперкомпьютерный центр включает консорциум исследовательских групп, которые соединяются с ним по выделенным каналам. Этот консорциум иногда включает узлы, находящиеся на большом расстоянии друг от друга, что делает эти так называемые сети консорциумов достаточно широкими.  
 
 
 

    2.7.7 Сети университетских  городков NSFNET 

    Третий  ярус семейства сетей состоит из сетей университетских городков, которые присоединяются к сетям среднего уровня. NSF решило сконцентрировать выделяемые ею средства на магистральной сети и сетях среднего уровня, дав университетам и корпорациям свободу выбора в вопросе сетевой стратегии. Большинство исследовательских институтов уже имеют сеть в каждом городке; более маленькие корпорации и школы только начинают рассматривать такую возможность. Используемые технологии варьируются от простых локальных сетей до сложных сетевых связей с магистральными сетями, работающих с гигабитными скоростями.  

    2.8 Другие технологии, над которыми использовался  TCP/IP 

    Одна  из причин силы TCP/IP заключена в разнообразии физических сетевых технологий, над  которыми он может использоваться. Мы уже рассмотрели несколько широко используемых технологий, включая локальные и глобальные сети. Эта секция кратко рассмотрит другие, которые помогут проиллюстрировать важный принцип:  

    Большая часть успеха протоколов TCP/IP объясняется  их способностью согласования почти с любой из базовых коммуникационных технологий.  

    2.8.1 X25NET 

    CSNET(CSNET и BITNET слились; новая организация  - CREN), организация образованная в  1980 для поддержки Интернета в  промышленных и малых школах, использовала технологию X25NET для соединения некоторых пользователей с Интернетом. Первоначально разработанная в университете Пурдью, X25NET позволяла протоколам Интернета работать в Общественных Сетях Данных(PDN). Такой подход должен был позволить организациям, для которых было неприемлемо прямое соединение с ARPANET, заказывать сетевое соединение у фирмы-поставщика средств дальней связи(например, AT&T) и использовать его для передачи траффика Интернета.  

    Читатели, которые знают об общественных сетях  с коммутацией пакетов, могут  найти X25NET странной, так как такие сети используют только протоколы МККТТ Х.25, в то время как Интернет использует протоколы TCP/IP. Тем не менее, когда она используется для транспортировки траффика TCP/IP, сеть Х.25 просто обеспечивает путь, по которому может быть передан траффик Интернета. Мы уже установили, что многие базовые технологии могут использоваться для передачи траффика Интернета. Эта технология, иногда называемая туннельная передача(tunneling), просто означает, что сложная сеть со своими собственными протоколами рассматривается как еще одна аппаратная система доставки пакетов. Чтобы послать траффик TCP/IP по туннелю Х.25, надо установить соединение Х.25, а затем послать пакеты TCP/IP, как будто это данные. Система Х.25 передаст пакеты по соединению и доставит их в другую точку Х.25, где они должны быть собраны и отправлены к своему истинному назначению. Так как туннелирование рассматривает пакеты как данные, оно не обеспечивает самоидентифицирующиеся кадры. Поэтому, оно работает только в том случае, когда оба конца соединения Х.25 заранее договорились о том, что они будут передавать пакеты Х.25.  

    Что делает Х.25 особенным, так это его  интерфейс. В отличие от большинства  сетевого оборудования протоколы Х.25 обеспечивают надежный поток передаваемых данных, иногда называемый виртуальным каналом, между отправителем и получателем, в то время как протоколы Интернета предназначены для системы доставки пакетов, что делает их несовместимыми.  

    Представление о соединениях Х.25, как о путях  доставки, приводит к интересному приему. Оказывается, что сети Х.25 показывают гораздо лучшую пропускную способность при нескольких одновременно открытых соединениях. Поэтому, вместо открытия одного соединения с данным местом доставки, отправитель Х25NET часто открывает несколько соединений и распределяет пакеты между ними для улучшения производительности. Получатель принимает пакеты со всех соединений Х.25 и снова объединяет их вместе.  

    Схема адресации, используемая сетями Х.25, определена в стандарте, известном как Х.121. Каждый из физических адресов Х.121 является числом из 14 цифр, в котором 10 цифр назначаются производителем, который обеспечивает средство сети Х.25. Напоминая телефонные номера, одна из популярных схем назначения номеров производителями включает код области, основанный на географическом положении. Такой подход не удивителен, так как он был предложен организацией, определяющей международные телефонные стандарты. К сожалению, эта схема неудобна, так как затрудняет назначение Интернетовских адресов. Пользователи, использующие X25NET, должны хранить таблицу отображения Интернетовского адреса в адрес Х.25 и обратно. Глава 6 рассматривает проблему отображения адресов более детально и дает альтернативу использованию фиксированных таблиц.  

    Так как общественные сети Х.25 работают независимо от Интернета, должно существовать место соединения между ними. Как DARPA, так и CSNET используют специально выделенные машины для обеспечения соединения между Х.25 и ARPANET. Основное соединение известно как VAN-шлюз. Этот шлюз поддерживает соединения Х.25 и маршрутизирует приходящий траффик Интернета к его получателям. X25NET является важной, так как она иллюстрирует гибкость и адаптируемость протоколов TCP/IP. В частности, она показывает, как туннельная передача делает возможным использование очень широкого диапазона сложных сетевых технологий в межсетевой среде.  

    2.8.2 Cypress 

    Большинство сетевых технологий, которые мы рассмотрели, достаточно дороги. Но в число тех, кому нужен доступ к Интернету, входят не только большие институты, напрямую соединенные с главными магистральными сетями, такими как NSFNET; доступ к нему нужен также маленьким школам и просто отдельным людям. Маленькие институты не могут позволить себе высокоскоростные выделенные линии, или оборудование, соединяющее с ними. Cypress предназначен для удовлетворения потребности в доступе с помощью дешевой низкоскоростной технологии TCP/IP.  

    Cypress состоит из миникомпьютеров, соединенных  низко- или среднескоростными  выделенными линиями(от 9.6 Кбит/с  до 56 Кбит/с). Каждый миникомпьютер размещается в пользовательском узле, где он соединен с локальной вычислительной средой с помощью ЛВС Ethernet. С остальной частью Cypress он соединяется по выделенным последовательным линиям. Как минимум один узел в сети Cypress соединен с Интернетом и передает траффик между сетью Cypress и остальной частью Интернета.  

    Первоначально Cypress разрабатывался для топологии  типа "виноградная кисть", в  которой каждый новый узел соединялся последовательной линией с ближайшим  к нему узлом. Преимуществом использования такой топологии была ее дешевизна; недостатком была большая величина паузы при передаче, становящаяся значительной для траффика, который передавался через несколько промежуточных машин. Топология Cypress была изменена по двум причинам:во-первых, NSFNET значительно увеличил число потенциальных точек соединения с Интернетом, и во-вторых, большинству пользователей показалось, что лучше платить больше, но иметь меньшие паузы при передаче. Поэтому сеть Cypress приняла вид одного концентратора, размещенного в университете Пурдью, который был соединен с NSFNET.  

    Cypress основывался на нескольких ключевых  идеях. Во-первых, для достижения  дешевизны Cypress объединяет возможности,  используя один компьютер для  выполнения нескольких задач.  Во-вторых, как и Ethernet, протоколы Cypress используют негарантированную доставку, не делая попыток исправить ошибки или восстановить потерянные пакеты на канальном уровне. Следующие главы объяснят, почему негарантированная доставка работает хорошо в среде TCP/IP. В-третьих, Cypress работает как сеть, а не как набор выделенных линий точка-точка. В-четвертых, Cypress соединен с сетями в узлах его пользователей, а не просто с машинами. Поэтому большое количество хостов в узле пользователя могут использовать соединение Cypress, рассматривая его как путь остальной части Интернета. В-пятых, Cypress позволяет своим маршрутизаторам быть управляемыми с любого узла в Интернете, так как он использует IP для передачи информации об их состоянии. Миникомпьютеры, составляющие сеть Cypress, называются имплетами(implet), и каждый имплет обеспечивает три концептуальные функции в одной машине. На самом нижнем уровне, имплет работает как маршрутизатор пакетов, принимая пакеты из последовательных линий и направляя их к их получателю, используя при этом аппаратные адреса в кадре для выбора маршрута. На следующем уровне, имплет соединяет две сети, локальный Ethernet в узле пользователя и сеть Cypress. На самом высоком уровне имплет является компьютером общего назначения, который выполняет программы управления сетью и слежения за ней как пользовательские процессы.