Сетевой уровень
Сетевой уровень занимается разработкой маршрутов доставки пакетов от отпра- вителя до получателя. Чтобы добраться до пункта назначения, пакету может по- требоваться преодолеть несколько транзитных участков между маршрутизаторами. Функции, выполняемые на сетевом уровне, резко контрастируют с деятельно- стью уровня передачи данных, цель которого была более скромной — просто переместить кадры с одного конца провода на другой. Таким образом, сетевой Уровень оказывается самым низким уровнем, который имеет дело с передачей Данных по всему пути от одного конца до другого. Для достижения этих целей сетевой уровень должен обладать информацией о топологии подсети связи (то есть о множестве всех маршрутизаторов) и выби- рать нужный путь по этой подсети. Он должен также заботиться о том, чтобы на- грузка на маршрутизаторы и линии связи была, по возможности, более равномер- ной. Наконец, если источник и приемник находятся в различных сетях, именно сетевой уровень должен уметь решать проблемы, связанные с различиями в сетях. В данной главе мы рассмотрим все эти аспекты и проиллюстрируем их прежде всего на примере Интернета и его протокола сетевого уровня — IP, хотя и бес- проводные сети мы также рассмотрим.
1.1.Метод коммутации пакетов с ожиданием
Метод коммутации пакетов с ожиданием Прежде чем начать подробное рассмотрение сетевого уровня, необходимо восста- новить в памяти окружение, в котором ему приходится функционировать. Оно показано на рис. 5.1. Основными компонентами системы являются устройства оператора связи (маршрутизаторы, соединенные линиями связи), показанные внутри затененного овала, а также устройства, принадлежащие клиенту и пока- занные вне овала. Хост Н1 напрямую соединен по выделенной линии с одним из маршрутизаторов оператора связи, А. Хост Н2, напротив, находится в ЛВС с мар- шрутизатором F, принадлежащим клиенту, который с ним работает. Этот мар- шрутизатор связывается с оператором также по выделенной линии. Мы показали F вне овала, потому что он не принадлежит оператору связи, однако с точки зре- ния устройства всей системы и используемых протоколов он ничем не отличает- ся от маршрутизаторов оператора. Можно спорить о том, входит ли он в подсеть, однако в контексте данной главы мы будем считать маршрутизаторы клиента ча- стью подсети, поскольку в них применяются те же самые алгоритмы, что и в мар- шрутизаторах операторов связи (а основным предметом рассмотрения будут именно алгоритмы).
Система работает следующим образом. Хост, у которого есть пакет для переда- чи, посылает его либо на ближайший маршрутизатор своей ЛВС, либо по двух- точечному соединению оператору связи. Там пакет хранится до тех пор, пока не будет принят целиком, включая верифицируемую контрольную сумму. Затем он передается по цепочке маршрутизаторов, которая в итоге приводит к пункту на- значения. Такой механизм называется коммутацией пакетов с ожиданием, и мы уже рассматривали его в предыдущих главах.
1.2.Службы предоставляемые транспортному уровню
Сервисы, предоставляемые транспортному уровню Сетевой уровень предоставляет транспортному уровню сервисы в виде интер- фейса между сетевым и транспортным уровнями. Важным вопросом является то, какой именно вид сервиса сетевой уровень предоставляет транспортному. При разработке сервисов сетевого уровня ставились следующие задачи: • Сервисы сетевого уровня не должны зависеть от технологии маршрутиза- тора. • Транспортный уровень должен быть независим от количества, типа и то- пологии присутствующих подсетей с маршрутизаторами. • Сетевые адреса, доступные транспортному уровню, должны использовать единую систему нумерации в локальных и глобальных сетях. Находясь в рамках поставленной перед ними задачи, разработчики оказывают- ся абсолютно свободными в написании детальной спецификации сервисов, кото- рые должны предоставляться транспортному уровню. Эта свобода часто вырожда- ется в яростную борьбу между двумя непримиримыми группировками. В центре дискуссии оказывается вопрос о том, какие сервисы должен предоставлять сете- вой уровень — ориентированные на соединение или не требующие соединений. Один лагерь (представленный Интернет-сообществом) заявляет, что работа маршрутизатора заключается исключительно в перемещении с места на место пакетов и больше ни в чем. С их точки зрения (основанной на примерно тридца- тилетнем опыте работы с реальными компьютерными сетями), подсеть обладает врожденной ненадежностью вне зависимости от того, как она спроектирована. Хосты должны учитывать это и защищаться от ошибок своими силами (то есть заниматься обнаружением и исправлением ошибок), а также самостоятельно управлять потоком. Из этого следует, что сетевой сервис должен быть сервисом, не требующим установки соединения и состоящим в основном из примитивов SEND PACKET (по- слать пакет) и RECEIVE PACKET (принять пакет). В частности, сюда нельзя включать упорядочивание пакетов и контроль потока — все равно эти действия будет вы- полнять хост. От того, что одна и та же работа будет выполнена дважды, качест- во обслуживания не повысится. Кроме того, каждый пакет должен содержать полный адрес получателя, так как пересылка производится независимо от пред- шествующих пакетов. Другой лагерь, представленный телефонными компаниями, возражает, что сеть должна предоставлять надежный, ориентированный на соединение сервис. Они утверждают, что 100 лет успешного управления телефонными системами по всему миру — это серьезный аргумент в их пользу. По их мнению, качество об- служивания является определяющим фактором, и без установления соединения в подсети очень сложно добиться каких-либо приемлемых результатов, особенно Когда дело касается трафика реального масштаба времени — например, передачи голоса и видео.
Примерами технологий, защищаемых каждой из сторон, являются Интернет и ATM. Интернет предоставляет не требующие установления соединения серви- сы сетевого уровня, а система ATM — ориентированные на соединение. Интерес- но, что в последнее время вопрос гарантии качества обслуживания становится все более важным, а Интернет при этом активно развивается. В частности, как мы увидим позже, ему все больше вменяются свойства, ассоциирующиеся с сер- висами, ориентированными на соединение. Вообще-то мы уже даже намекали на это, когда рассматривали виртуальные сети в главе 4.