Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Другая проблема надежности — найти рабочий путь через сеть. Часто есть разнообразные пути между источником и местом назначения, а в большой сети некоторые каналы или маршрутизаторы могут выйти из строя. Предположите, что в Германии сеть вышла из строя. Пакеты, посланные из Лондона в Рим через Германию, не будут проходить, но мы могли вместо этого послать пакеты из Лондона в Рим через Париж. Сеть должна автоматически принять это решение. Эта тема носит название маршрутизации.

Вторая проблема проектирования касается развития сети. В течение долгого времени сети становятся больше, и появляются новые проекты, которые должны быть соединены с существующей сетью. Мы видели, что основной механизм структурирования, поддерживающий изменения — делить полную проблему и скрывать детали выполнения: иерархическое представление протокола. Существует и много других стратегий.

Когда в сети много компьютеров, каждый уровень нуждается в механизме для того, чтобы идентифицировать отправителей и получателей для каждого сообщения. Этот механизм называют адресацией или наименованием соответственно в нижних и верхних уровнях.

Аспект роста заключается в том, что у различных сетевых технологий часто есть различные ограничения. Например, не все каналы связи сохраняют порядок сообщений, посланных по ним, приводя к решению нумеровать сообщения. Другой пример — различия в максимальном размере сообщения, которое могут передать сети. Это приводит к механизмам для того, чтобы разделять, передавать и затем повторно собирать сообщения. Эту тему называют работа с объединенной сетью.

Когда сети становятся большими, возникают новые проблемы. В городах могут быть пробки, нехватка номеров телефона и возможность легко потеряться. Не у многих людей есть эти проблемы вблизи дома, но, охватив весь город, они могут быть большой проблемой. Проекты, которые продолжают работать хорошо, когда сеть становится большой, как говорят, масштабируемы.

Третья проблема проектирования — распределение ресурсов. Сети оказывают услугу узлам из их основных ресурсов, таких как способность линий передачи. Чтобы сделать это хорошо, они нуждаются в механизмах, которые делят их ресурсы так, чтобы один узел не слишком мешал работе другого.

Многие проекты совместно используют сетевую пропускную способность динамически, согласно краткосрочным потребностям узлов, а не выделяя каждому узлу фиксированной части пропускной способности, что может использоваться или не использоваться. Этот способ называют статистическим мультиплексированием, означая совместное использование основанного на статистике требования. Это может быть применено в нижних уровнях для одного канала связи или в верхних уровнях для сети или даже приложений, которые используют сеть.

Проблема распределения, которая происходит на каждом уровне, состоит в том, как препятствовать тому, что быстрый отправитель затопит данными медленного получателя. Часто используется обратная связь от получателя к отправителю. Ее называют управлением потоками. Иногда проблема состоит в том, что сеть перегружена, потому что слишком много компьютеров хотят послать слишком большие объемы информации, и сеть не может передать все. Эту перегрузку сети называют скоплением. Одна стратегия решения — требовать в таком случае от каждого компьютера уменьшения его запросов. Это также может использоваться во всех уровнях.

Интересно заметить, что сеть может предложить больше ресурсов, чем просто пропускная способность. Для использования передачи видео в реальном времени, своевременность доставки имеет большое значение. Большинство сетей должно предоставить сервис приложениям, которые хотят получить эту доставку в реальном времени в то же самое время, когда они работают с приложениями, которые хотят получить высокую пропускную способность. Качество службы — это механизмы, которые регулируют эти конкурирующие требования.

Последняя главная проблема устройства сети — обеспечить сеть защитой от различных видов угроз. Одна из угроз, которые мы упомянули ранее, — подслушивание коммуникаций. Механизмы, которые обеспечивают конфиденциальность, защищают от этой угрозы, и они используются во многих уровнях. Механизмы для аутентификации препятствуют тому, чтобы кто-то исполнил роль кого-то другого. Они могли бы использоваться, чтобы отличать поддельные банковские веб-сайты от реальных или позволить сотовой связи проверять, что вызов действительно происходит из вашего телефона, чтобы вы оплатили счет. Другие механизмы для целостности предотвращают тайные изменения сообщений, таких как изменение «снимите с моего счета $10» на «снимите с моего счета $1000». Все эти проекты основаны на криптографии, которую мы изучим в главе 8.

1.3.3. Службы на основе соединений и службы без установления соединений

Уровни могут предлагать вышестоящим уровням услуги двух типов: с наличием или отсутствием установления соединения. В этом разделе мы рассмотрим, что означает каждый из этих типов и в чем состоит разница между ними.

Типичным примером сервиса с установлением соединенияявляется телефонная связь. Чтобы поговорить с кем-нибудь, необходимо поднять трубку, набрать номер, а после окончания разговора положить трубку. Нечто подобное происходит и в компьютерных сетях: при использовании сервиса с установлением соединения абонент сначала устанавливает соединение, а после окончания сеанса разрывает его. Это напоминает трубу: биты сообщения влетают в один ее конец, а вылетают с другого. В большинстве случаев не возникает путаницы с последовательностью передачи этих битов.

В некоторых случаях перед началом передачи отправляющая и получающая машины обмениваются приветствиями, отсылая друг другу приемлемые параметры соединения: максимальный размер сообщения, необходимое качество сервиса и др. В большинстве случаев одна из сторон посылает запрос, а другая его принимает, отвергает или же выставляет встречные условия. Линия — другое название соединения со связанными ресурсами, такими как фиксированная пропускная способность. Это название происходит из истории телефонной сети, в которой линия была путем по медному проводу, который переносил телефонный разговор.

Противоположный пример — сервисы без установления соединения, типичный пример такой технологии — почтовые системы. Каждое письмо содержит полный адрес назначения и проходит по некому маршруту, который совершенно не зависит от других писем. Есть различные названия для сообщений в различных контекстах; пакет — сообщение на сетевом уровне. Когда промежуточные узлы получают сообщение полностью перед пересылкой его к следующему узлу, это называют коммутацией с промежуточной буферизацией. Другой вариант, когда передача сообщения начинается прежде, чем оно будет полностью получено узлом, называют сквозной передачей. Обычно то письмо, которое отправлено раньше, в место назначения приходит раньше. Тем не менее возможна ситуация, что первое письмо задерживается и раньше приходит то, которое было послано вторым.