12. Требования, предъявляемые к современным вычислительным сетям. Сетевой уровень как средство построения больших сетей.

12.1. Требования, предъявляемые к современным вычислительным сетям.

12.1.1. Обеспечения пользователем доступа к разделяемым ресурсам.

Главное требование – обеспечения пользователем доступа к разделяемым ресурсам.

К остальным требованиям относятся:

12.1.2. Производительность.

Характеристики:

- Время реакции - интервал времени между возникновением запроса и получением ответа.

- Пропускная способность – объем данных, передаваемых сетью в единицу времени. Есть средняя пропускная способность, мгновенная пропускная способность и максимальная пропускная способность.

- Задержка передачи. Это задержка между временем поступления на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и момента появления на выходе. Близка к 1.1 но является только сетевой характеристикой.

12.1.3. Надежность и безопасность.

Есть несколько надежностей:

- Техническая – среднее время передачи на отказ.

- Готовность (коэффициент готовности) – доля времени работоспособности. Для увеличения в сети необходимо избыточность и дублирование.

Кроме этого схема должна обеспечивать сохранность данных и защиту от искажений. Должна обеспечивать согласованность (непротиворечивость), например, при распределении данных по серверам.

Одна из характеристик надежности – вероятность доставки пакета адресату без потерь и искажений.

Другой аспект надежности – безопасность, т.е. способность схемы защититься от несанкционированного доступа. Еще одна характеристика – отказоустойчивость ( fault tolerance ) – способность скрыть от пользователя отказ отдельных ее элементов (копии FAT , зеркальные диски, зеркальные сервера).

12.1.4. Расширяряемость и маштабируемость.

Расширяемость ( extensibility ) – возможность просто добавлять отдельные элементы (пользователи, компьютеры, приложения и т.д.)

Маштабируемость ( scalability ) – сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность в широких пределах без снижения производительности.

12.1.5. Прозрачность.

Прозрачность для пользователя – работа с удаленными ресурсами, теме же командами, что и с локальными.

Прозрачность для программиста – приложение для доступа к удаленным ресурсам требует те же вызовы, что и для доступа к локальным.

Концепция прозрачности применяется к различным аспектам сети. Например, прозрачность расположения для пользователя означает, что пользователь не должен знать место расположения программных и аппаратных ресурсов (Имя машины/ каталог – пример «непрозрачности»).

Другой аспект прозрачности – прозрачность параллелизма – процесс распараллеливания вычислений производительности автоматически, без участия программиста.

Сейчас прозрачность еще не достижима, скорее это цель.

12.1.6. Поддержка разных видов трафика.

Традиционный трафик – доступ к файлам, принтерам. Сейчас есть передача в цифровом виде речи, изображений. Для передачи мультимедийных сообщений (в реальном времени) требуются свои алгоритмы передачи. Главная особенность трафика для динамической передачи – синхронизация, отсутствие запаздывания т.к. в сети очень большие колебания трафика.

Особая сложность – совмещение в одной сети традиционного и мультимедийного трафика. В настоящее время ближе всего к решению технологии АТМ.

12.1.7. Управляемость.

Управляемость это возможность централизированно контролировать состояние отдельных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

Управляемость особенно важна в больших сетях. В настоящее время она слаборазвита и сводиться скорее к наблюдениям за работой сети.

12.1.8. Совместимость.

Совместимость (интегрируемость) – способность включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение. Разные ОС, стеки протоколов, аппаратные средства и приложения от разных производителей.

Основой построения интегрируемых сетей служит использование модулей, выполняемых в соответствии с открытыми стандартами и спецификациями.

12.2. Сетевой уровень как средство построения больших сетей.

Принципы построения сетей на основе протоколов сетевого уровня.

12.2.1. Задачи сетевого уровня.

В стандартной модели OSI в функции сетевого уровня входит решение следующих задач:

- передача пакетов между конечными узлами в составных сетях;

- выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию;

- согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях одной составной сети.

12.2.2. Средства канального уровня и система адресации в протоколах.

Создание сложной, структурированной сети, объединяет различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня. Для этого могут использоваться некоторые типы мостов и коммутаторов. Эти устройства разделяет сеть на сегменты, локализуя трафик внутри сегмента, что делает линии связи разделяемыми преимущественно между станциями данного сегмента. В этом случае сеть распадается на отдельные подсети, из которых могут быть построены составные сети достаточно крупных размеров. Очевидно, что использование канального уровня для разработки составных сетей предполагает использование некоторой системы адресации в протоколах канального уровня.

Эти адреса называются MAC адреса ( Meekly Access Control ) название MAC – подуровня управления доступом к среде канального уровня ( Date Link Layer ) по стандарту 802. x . Второй подуровень называется логической передачей данных ( Logical Link Control ) LLC.

12.2.3. Недостатки использования канального уровня.

Использование только канального уровня для проектирования крупных составных сетей имеет некоторые недостатки:

- должны отсутствовать петли

- логические сегменты сети, расположенные между мостами и маршрутизаторами, слабо защищены от так называемых широковещательных штормов (часто передается широковещательный пакет, адресуемый всем)

- сложно управлять трафиком на основании содержания данных в пакетах

- недостаточно гибкая система адресации с помощью MAC адресов.

- Не все протоколы канального уровня поддерживается всеми мостами и коммутаторами (нельзя объединять любые сети).

12.2.4. Использование протоколов сетевого уровня.

Выход – это использование протоколов сетевого уровня. Основная идея введения сетевого уровня состоит в следующем: сеть в общем случае рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью. Сети, входящие в составную сеть называются подсетями.

Чтобы сетевой уровень мог выполнять свою задачу, ему необходима собственная система адресации, которая позволяла бы на сетевом уровне универсальным и однозначным способом идентифицировать любой узел составной сети. Т.о. сетевой адрес это пара: номер сети (подсети), номер узла.

Данные, которые поступают на сетевой уровень и которые необходимо передать через составную сеть, снабжаются заголовком сетевого уровня. Данные плюс заголовок образуют пакет. Заголовок сетевого уровня имеет унифицированный формат (не зависит от формата кадра канального уровня) и включает номер сети, который предназначен этот пакет. Сетевой уровень определяет маршрут и перемещает пакет между подсетями.

Заголовок пакета сетевого уровня содержит следующую информацию:

- номер (адрес) сети назначения

- номер фрагмента пакета (пакет разбит на части для сборки-разборки пакетов при переходе через сети с различной максимальной длиной пакета)

- время жизни пакета (для уничтожения ”заблудившихся” пакетов)

- качество требуемой услуги ( критерий выбора маршрута при межсетевых передачах).