Почитать лекцию №15 про управление потоком пакетов в сетях можно тут.
Совокупность проблем и решений, рассмотренных в предыдущих лекциях, дает некоторое представление о сложности сетевых транспортных систем. Как системные администраторы могут взаимодействовать с очевидной сложностью таких систем?
Первый способ - рассмотреть основные проблемы, которые решают транспортные системы, и понять спектр решений, доступных для каждой из этих проблем. Второй - создание моделей, которые помогут понять транспортные протоколы с помощью:
- Помощь администраторам сетей в классификации транспортных протоколов по их назначению, информации, содержащейся в каждом протоколе, и интерфейсам между протоколами;
- Помочь администраторам сетей узнать, какие вопросы задавать, чтобы понять конкретный протокол или понять, как конкретный протокол взаимодействует с сетью, в которой он работает, и приложениями, для которых он несет информацию;
- Помощь администраторам сетей в понимании того, как отдельные протоколы сочетаются друг с другом для создания транспортной системы.
Далее будет рассмотрен способ, с помощью которого администраторы могут более полно понимать протоколы: модели. Модели по сути являются абстрактными представлениями проблем и решений. Они обеспечивают более наглядное и ориентированное на модули представление, показывающее, как вещи сочетаются друг с другом. В этой лекции мы рассмотрим этот вопрос:
Как можно смоделировать транспортные системы таким образом, чтобы администраторы могли быстро и полностью понять проблемы, которые эти системы должны решать, а также то, как можно объединить несколько протоколов для их решения?
В этой серии лекции будут рассмотрены три конкретные модели:
- Модель Министерства обороны США (United States Department of Defense - DoD)
- Модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnect - OSI)
- Модель рекурсивной интернет-архитектуры (Recursive Internet Architecture - RINA)
Модель Министерства обороны США (DoD)
В 1960-х годах Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) спонсировало разработку сети с коммутацией пакетов для замены телефонной сети в качестве основного средства компьютерной связи. Вопреки мифу, первоначальная идея состояла не в том, чтобы пережить ядерный взрыв, а скорее в том, чтобы создать способ для различных компьютеров, используемых в то время в нескольких университетах, исследовательских институтах и правительственных учреждениях, чтобы общаться друг с другом. В то время каждая компьютерная система использовала свою собственную физическую проводку, протоколы и другие системы; не было никакого способа соединить эти устройства, чтобы даже передавать файлы данных, не говоря уже о создании чего-то вроде "Всемирной паутины" или кросс-исполняемого программного обеспечения. Эти оригинальные модели часто разрабатывались для обеспечения связи между терминалами и хостами, поэтому вы могли установить удаленный терминал в офис или общественное место, которое затем можно было использовать для доступа к общим ресурсам системы или хоста. Большая часть оригинальных текстов, написанных вокруг этих моделей, отражает эту реальность.
Одной из первых разработок в этой области была модель DoD, показанная на рисунке 1.
DoD разделяла работу по передаче информации по сети на четыре отдельные функции, каждая из которых могла выполняться одним из многих протоколов. Идея наличия нескольких протоколов на каждом уровне считалась несколько спорной до конца 1980-х и даже в начале 1990-х гг. На самом деле одним из ключевых различий между DoD и первоначальным воплощением модели OSI является концепция наличия нескольких протоколов на каждом уровне.
В модели DoD:
- Физический уровень отвечает за получение "0" и "1" модулированных или сериализованных на физическом канале. Каждый тип связи имеет свой формат для передачи сигналов 0 или 1; физический уровень отвечает за преобразование 0 и 1 в физические сигналы.
- Интернет-уровень отвечает за передачу данных между системами, которые не связаны между собой ни одной физической связью. Таким образом, уровень интернета предоставляет сетевые адреса, а не локальные адреса каналов, а также предоставляет некоторые средства для обнаружения набора устройств и каналов, которые должны быть пересечены, чтобы достичь этих пунктов назначения.
- Транспортный уровень отвечает за построение и поддержание сеансов между коммутирующими устройствами и обеспечивает общий прозрачный механизм передачи данных для потоков или блоков данных. Управление потоком и надежная транспортировка также могут быть реализованы на этом уровне, как и в случае с TCP.
- Прикладной уровень - это интерфейс между Пользователем и сетевыми ресурсами или конкретными приложениями, которые используют и предоставляют данные другим устройствам, подключенным к сети.
В частности, прикладной уровень кажется неуместным в модели сетевого транспорта. Почему приложение, использующее данные, должно считаться частью транспортной системы? Потому что ранние системы считали пользователя-человека конечным пользователем данных, а приложение - главным образом способом изменить данные, которые будут представлены фактическому пользователю. Большая часть обработки от машины к машине, тяжелая обработка данных перед их представлением пользователю и простое хранение информации в цифровом формате даже не рассматривались как жизнеспособные варианты использования. Поскольку информация передавалась от одного человека другому, приложение считалось частью транспортной системы.
Два других момента могли бы помочь включению прикладного уровня сделать его более осмысленным. Во-первых, в конструкции этих оригинальных систем было два компонента: терминал и хост. Терминал тогда был дисплейным устройством, приложение располагалось на хосте. Во-вторых, сетевое программное обеспечение не рассматривалось как отдельная "вещь" в системе, маршрутизаторы еще не были изобретены, как и любое другое отдельное устройство для обработки и пересылки пакетов. Скорее, хост был просто подключен к терминалу или другому хосту; сетевое программное обеспечение было просто еще одним приложением, запущенным на этих устройствах.
Со временем, когда модель OSI стала чаше использоваться, модель DoD была изменена, чтобы включить больше уровней. Например, на рисунке 2, на диаграмме, взятой из статьи 1983 года о модели DoD ("Cerf and Cain, "The DoD Internet Architecture Model"), есть семь слоев (семь почему-то являются магическим числом).
Были добавлены три слоя:
- Уровень утилит - это набор протоколов, "живущих" между более общим транспортным уровнем и приложениями. В частности, простой протокол передачи почты (SMTP), протокол передачи файлов (FTP) и другие протоколы рассматривались как часть этого уровня.
- Сетевой уровень из четырехслойной версии был разделен на сетевой уровень и уровень интернета. Сетевой уровень представляет различные форматы пакетов, используемые на каждом типе канала, такие как радиосети и Ethernet (все еще очень Новые в начале 1980-х годов). Уровень межсетевого взаимодействия объединяет представление приложений и протоколов утилит, работающих в сети, в единую службу интернет-дейтаграмм.
- Канальный уровень был вставлен для того, чтобы различать кодирование информации на различные типы каналов и подключение устройства к физическому каналу связи. Не все аппаратные интерфейсы обеспечивали уровень связи.
Со временем эти расширенные модели DoD потеряли популярность; модель с четырьмя слоями является той, на которую чаще всего ссылаются сегодня. На это есть несколько причин:
- Уровни утилит и приложений в большинстве случаев дублируют друг друга. Например, FTP мультиплексирует контент поверх протокола управления передачей (TCP), а не как отдельный протокол или слой в стеке. TCP и протокол пользовательских дейтаграмм (UDP) со временем превратились в два протокола на транспортном уровне, а все остальное (как правило) работает поверх одного из этих двух протоколов.
- С изобретением устройств, предназначенных в первую очередь для пересылки пакетов (маршрутизаторы и коммутаторы), разделение между сетевым и межсетевым уровнями было преодолено определенными событиями. Первоначальная дифференциация проводилась в основном между низкоскоростными дальнемагистральными (широкозонными) и короткозонными локальными сетями; маршрутизаторы обычно брали на себя бремя установки каналов в широкополосные сети вне хоста, поэтому дифференциация стала менее важной.
- Некоторые типы интерфейсов просто не имеют возможности отделить кодирование сигнала от интерфейса хоста, как было предусмотрено в разделении между канальным и физическим уровнями. Следовательно, эти два уровня обычно объединены в одну "вещь" в модели DoD.
Модель DoD исторически важна, потому что
- Это одна из первых попыток систематизировать функциональность сети в модели.
- Это модель, на которой был разработан набор протоколов TCP / IP (на котором работает глобальный Интернет); Артефакты этой модели важны для понимания многих аспектов проектирования протокола TCP / IP.
- В нее была встроена концепция множественных протоколов на любом конкретном уровне модели. Это подготовило почву для общей концепции сужения фокуса любого конкретного протокола, позволяя одновременно работать многим различным протоколам в одной и той же сети.
