Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

5.5. Объединение сетей

До сих пор мы неявно предполагали наличие единой однородной сети, в которой каждая машина использует одни и те же протоколы на каждом уровне. К сожалению, данное предположение слишком оптимистично. Существует множество различных сетей, включая персональные, локальные, региональные и глобальные. Мы уже говорили о сети Ethernet, кабельном Интернете, стационарных и мобильных телефонных сетях, стандартах 802.11, 802.16 и др. В этих сетях на каждом уровне широко применяются многочисленные и разнообразные протоколы. В следующих разделах будет уделено особое внимание вопросам, возникающим при объединении двух или более сетей, формирующих интерсеть( internetwork), или проще — интернет( internet) 1 .

Если бы все использовали одну и ту же сетевую технологию, объединить сети было бы гораздо проще. В большинстве случаев доминирующая сеть (например, Ethernet) существует. Некоторые ученые считают разнообразие типов сетей временным явлением, которое скоро перестанет иметь место, как только все, наконец, поймут, как замечательна сеть [вставьте свою любимую сеть]. Не стоит на это рассчитывать. Время показало, что такие рассуждения — всего лишь принятие желаемого за действительное. Разным типам сетей приходится сталкиваться с разными трудностями, поэтому, например, Ethernet и спутниковые сети всегда будут отличаться. К примеру, использование уже существующих систем (кабельной, телефонной сети и сети электропитания) при создании сетей передачи данных приводит к дополнительным ограничениям, которые изменяют свойства сети. Но при этом однородность должна сохраняться.

Если разные сети будут существовать всегда, то лучше бы нам вообще никогда не потребовалось их объединять. Но это крайне маловероятно. Боб Меткальф выдвинул такой принцип: ценность сети, состоящей из N узлов, пропорциональна числу соединений между узлами, или N 2(Gilder, 1993). Это значит, что большие сети всегда ценнее маленьких, и поэтому объединение сетей всегда будет иметь смысл.

Главный пример такого объединения — Интернет. Целью объединения всех этих сетей является предоставление пользователям возможности общаться с пользователями любой другой из этих сетей. Стоимость оплаты интернет-услуг часто зависит от доступной пропускной способности. Но на самом деле вы платите за возможность обмена пакетами с другими хостами, также подключенными к Интернету. Интернет не был бы так популярен, если бы пакеты можно было отправлять только хостам, находящимся в том же городе.

Поскольку сети зачастую различаются довольно сильно, передача пакетов из одной сети в другую далеко не всегда является простой задачей. Помимо проблем с неоднородностью, нам придется решать вопросы, возникающие вследствие увеличения размера такой интерсети. Чтобы понять, с чем мы можем столкнуться, необходимо сначала узнать, чем сети отличаются друг от друга. После этого мы рассмотрим подход, успешно применяющийся в IP (Internet Protocol), протоколе сетевого уровня сети Интернет. Здесь же мы расскажем о методах туннелирования в сетях, маршрутизации в интерсетях и фрагментации пакетов.

5.5.1. Различия сетей

Сети могут отличаться друг от друга довольно сильно и по разным параметрам. Некоторые из параметров, такие как методы модуляции или форматы кадров, нас сейчас не интересуют, поскольку они относятся к физическому и канальному уровням. В таблице 5.4 приведен список некоторых параметров, которые могут встретиться на сетевом уровне. Именно сглаживание этих различий делает обеспечение работы объединенной сети значительно более сложным делом, чем обеспечение работы одной сети.

Когда пакетам приходится пересекать несколько сетей, может возникнуть много проблем, связанных с интерфейсами между сетями. Во-первых, должна существовать возможность пересылки пакета от отправителя получателю. Что делать, если отправитель находится в сети Ethernet, а получатель — в сети WiMAX? Даже если мы можем задать адрес назначения WiMAX в сети Ethernet, пакеты нужно будет переправить из сети, не требующей соединения, в сеть, ориентированную на соединение. Тогда может понадобиться срочно создать новое соединение, что приведет к задержке и неэффективному использованию ресурсов, так как это соединение не будет активно использоваться.

Существует еще много различий, к которым необходимо приспособиться. Как, например, передать пакет группе, некоторые члены которой находятся в сети, не поддерживающей многоадресную рассылку? Различия в максимальном размере пакетов в разных сетях также составляют большую головную боль. Как передать 8000-байтовый пакет по сети, в которой максимальный размер пакета равен 1500 байтам? Когда пакеты из ориентированной на соединение сети должны пересечь не требующую соединений сеть, их порядок может нарушиться. Для отправителя это может оказаться (неприятной) неожиданностью — впрочем, как и для получателя.

Таблица 5.4.Некоторые аспекты отличия сетей

С различиями таких типов все же можно справиться. Например, шлюз на стыке двух сетей может имитировать многоадресную рассылку, создавая копии пакетов для разных адресов назначения. Крупные пакеты могут разбиваться на части, а затем снова объединяться. Принимающее устройство может помещать пакеты в буфер, а затем доставлять их в правильном порядке.

Однако сети могут различаться и в таких аспектах, с которым справиться гораздо труднее. Самый яркий пример — качество обслуживания. Если одна сеть предоставляет хороший уровень обслуживания, а другая — наилучший уровень из возможных, невозможно создать сквозную пропускную способность и задержку. На самом деле это возможно, только если вторая сеть работает в медленном режиме или почти не используется, что маловероятно. Трудности вызывают и механизмы безопасности, но как минимум шифрование в целях конфиденциальности и целостности данных можно обеспечить в тех сетях, где они не поддерживаются. И наконец, различия в тарификации могут стать причиной неожиданно высоких счетов за обычные операции — ситуация, в которой часто оказываются пользователи мобильных телефонов в зоне роуминга.

5.5.2. Способы объединения сетей

Существует два основных способа соединения разных сетей. Можно создать специальные устройства, которые умеют конвертировать пакеты из любой сети в любую другую. Или, как хорошие специалисты в этой области, мы можем решить эту проблему так: добавив еще один уровень косвенной адресации, мы создадим надсете-вой уровень. В обоих случаях устройства должны помещаться в граничных областях сетей.