Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

1.2.5. Объединения сетей

Существующие ныне сети часто используют различное оборудование и программное обеспечение. Люди, связанные с одной сетью, хотят общаться с людьми, подключенными к другой. Для выполнения этого желания необходимо объединить вместе различные и часто несовместимые сети. Набор соединенных сетей называется интерсетью (internetwork, internet). Слово «интерсеть» (internet, написанный со строчной буквы) всегда будет использоваться в этой книге в его исконном смысле, в отличие от слова «Интернет» (с прописной буквы) — всемирной сети, являющейся одной из интерсетей. Интернет использует сети провайдеров, чтобы соединить сети предприятий, домашние сети и многие другие. Позже в этой книге мы рассмотрим Интернет очень подробно.

Часто путают подсети, сети и интерсети. Термин «подсети» обычно употребляется в контексте глобальных сетей, где он означает набор маршрутизаторов и линий связи, принадлежащих одному сетевому оператору. Аналогично этому, телефонная система состоит из телефонных станций, соединенных друг с другом высокоскоростными каналами, а с домами и офисами — низкоскоростными каналами. Эти каналы и оборудование принадлежат телефонным компаниям, являющимся аналогами подсетей.

Сами телефонные аппараты (аналоги хостов) не являются частью подсетей. Вместе с хостами подсеть образует сеть. В случае локальной сети сеть состоит из кабеля и хостов. Подсетей там нет.

Сеть формируется комбинацией подсети и ее узлов. Однако слово «сеть» часто используется и в свободном смысле. Подсеть могла бы быть описана как сеть, как в случае «сети провайдера» на рис. 1.10. Интерсеть могла бы также быть описана как сеть, как в случае глобальной сети на рис. 1.8. Мы будем поступать также, а если когда отличаем сеть от других расположений, то будем придерживаться нашего оригинального определения набора компьютеров, связанных одной технологией.

Немного больше о том, что составляет объединенную сеть (internetwork). Мы знаем, что интерсеть образуется путем объединения нескольких сетей. С нашей точки зрения, объединение локальной и глобальной сети или объединение двух локальных сетей — обычный способ образования интерсети, однако в индустрии нет единого мнения по поводу терминологии в данной области. Существует два мнемонических правила. Первое — если создание и поддержку сети оплачивают разные организации, то мы имеем дело с интерсетью, а не единой сетью. Второе — если работа основана на применении нескольких технологий (например, широковещательная в одной ее части и двухузловая в другой), то, вероятно, это интерсеть.

Чтобы пойти глубже, мы должны поговорить о том, как могут быть соединены две различных сети. Общее название машины, которая обеспечивает соединение между двумя или более сетями и обеспечивает необходимый перевод, с точки зрения как аппаратного, так и программного обеспечения, это шлюз. Шлюзы различаются по уровням, в которых они работают в иерархии протокола. Начиная со следующего раздела, мы расскажем об уровнях и иерархиях протокола намного больше, но пока предположим, что более высокие уровни более привязаны к приложениям, таким как Web, а нижние уровни более привязаны к каналам передачи, таким как Ethernet.

Так как польза от формирования Интернета — в соединении компьютеров через сети, мы не хотим использовать слишком низкоуровневый шлюз, иначе будем неспособны делать соединения между различными видами сетей. Мы не хотим использовать и слишком высокоуровневый шлюз, иначе соединение будет работать лишь с некоторыми приложениями. Уровень в середине, который нам «в самый раз», часто называют сетевым уровнем, и маршрутизатор является шлюзом, который обрабатывает пакеты на сетевом уровне. Теперь мы можем определить интерсеть, как сеть, у которой есть маршрутизаторы.

1.3. Сетевое программное обеспечение

Когда собирались первые сети, то основное внимание уделялось аппаратуре, а вопросы программного обеспечения откладывались на будущее. Подобная стратегия больше не работает. Сегодняшнее сетевое программное обеспечение в высокой степени структурировано. В следующих разделах мы узнаем, как осуществляется эта структуризация. Описанный подход является краеугольным камнем всей книги и будет часто встречаться и далее.

1.3.1. Иерархия протоколов

Для упрощения структуры большинство сетей организуются в наборы уровнейили слоев, каждый последующий возводится над предыдущим. Количество уровней, их названия, содержание и назначение разнятся от сети к сети. Однако во всех сетях целью каждого уровня является предоставление неких сервисов для вышестоящих уровней. При этом от них скрываются детали реализации предоставляемого сервиса.

Такая концепция не нова и используется в вычислительной технике уже давно. Ее вариации известны как сокрытие информации, абстрактные типы данных, свойство инкапсуляции и объектно-ориентированное программирование. Фундаментальной идеей является предоставление неким программным или аппаратным уровнем сервисов своим пользователям без раскрытия деталей своего внутреннего состояния и подробностей алгоритмов.

Уровень n одной машины поддерживает связь с уровнем n другой машины. Правила и соглашения, используемые в данном общении, называются протоколомуровня n. По сути, протокол является договоренностью общающихся сторон о том, как должно происходить общение. По аналогии, когда женщину представляют мужчине, она может протянуть ему свою руку. Он, в свою очередь, может принять решение либо пожать, либо поцеловать эту руку, в зависимости от того, является ли эта женщина американским адвокатом на деловой встрече или же европейской принцессой на официальном балу. Нарушение протокола создаст затруднения в общении, а может и вовсе сделает общение невозможным.

На рис. 1.11 показана пятиуровневая сеть. Объекты, включающие в себя соответствующие уровни на разных машинах, называются равноранговыми или равноправными узлами сети. Именно они общаются при помощи протокола.

В действительности, данные не пересылаются с уровня n одной машины на уровень n другой машины. Вместо этого каждый уровень передает данные и управление уровню, лежащему ниже, пока не достигается самый нижний уровень. Ниже первого уровня располагается физическая среда, по которой и производится обмен информацией. На рис. 1.11 виртуальное общение показано пунктиром, тогда как физическое — сплошными линиями.

Между каждой парой смежных уровней находится интерфейс, определяющий набор примитивных операций, предоставляемых нижним уровнем верхнему. Когда разработчики сетей решают, сколько уровней включить в сеть и что должен делать каждый уровень, одной из важнейших задач является определение ясных интерфейсов между уровнями. Подобная задача требует, в свою очередь, чтобы каждый уровень выполнял особый набор хорошо понятных функций. В дополнение к минимизации количества информации, передаваемой между уровнями, ясно разграниченные интерфейсы также значительно упрощают изменение реализации уровня на совершенно другой протокол или реализацию (например, замену всех телефонных линий спутниковыми каналами), так как при этом всего лишь требуется, чтобы новый протокол или реализация предоставляла такой же набор услуг вышестоящему уровню, что и предыдущая. Вполне нормальное явление — использование хостов, принадлежащих к разным реализациям, одного и того же протокола (часто написанного различными