Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Ведомственные сетевые архитектуры

 

Широкое международное признание модели OSI как производителями сетевого оборудования и программного обеспечения, так и пользователями ИС, позволяет предположить, что в перспективе вновь создаваемые коммуникационные сети будут опираться преимущественно на модель OSI и связанные с ней протоколы.

Вместе с тем, ещё до создания эталонной модели, были разработаны и широко применялись ведомственные сетевые архитектуры, большая часть из которых сегодня перестали использоваться, другие, в модифицированном виде, продолжают применяться по сей день. К последним, прежде всего, следует отнести архитектуру сети ARPA, протоколы которой послужили основой протокольного стека глобальной сети Internet.

В большинстве случаев разработчики ведомственных сетевых архитектур отдавали предпочтение обеспечению скорости работы сети в ущерб функциональной модульности. Чаще всего в архитектурах явно выделяются 3-4 уровня: уровень сетевых адаптеров, реализующий протоколы физического и канального уровней; сетевой уровень; транспортный уровень и уровень служб, вбирающий в себя функции сеансового, представительного и прикладного уровней.

 

Ниже кратко рассматриваются архитектуры, оставившие заметный след в теории и практике создания телекоммуникационных сетей. Там же приводится примерное соответствие функциональных уровней этих архитектур уровням эталонной модели OSI.

 

5.1. ОТКРЫТАЯ АРХИТЕКТУРА ARPA

 

Агентство перспективных исследований (ARPAAdvanced Research Project Agency) Министерства обороны США[1] в конце 60-х годов прошлого столетия разработало собственную сетевую архитектуру, в соответствии с которой была построена исследовательская телекоммуникационная сеть ARPA (ARPANet). В настоящее время большая часть коммуникационных протоколов стека ARPA широко используется в международной глобальной сети Internet. Поскольку Министерство обороны США являлось и продолжает являться одним из крупнейших в мире по­льзователей средств вычислительной техники и связанного с ней ПО, потенциальные выгоды от принятия в своё время открытой сетевой архитектуры являются для него весьма значительными.

Назначение этой архитектуры то же, что и OSI, но разработана она была раньше и поэтому в ней не достигнут тот же уровень функциональности, что в эталонной модели.

В архитектуре ARPA (рис.5.1) выделяют четыре функцио­нальных уровня обеспечения сетевого взаимодействия. При этом функционал трех верхних уровней модели OSI здесь объединен в одном уровне вместе с функционалом пользовательских прило­жений (последний в состав модели OSI не входит).

На уровне доступа к сети реализуются функции, которые обеспечивают ин­терфейс с используемой сетью.

Архитектура задумывалась так, чтобы взаимодействие осу­ществлялось сквозь несколько сетей. Возможность этого обеспе­чивает межсетевой уровень, основной функцией которого явля­ется маршрутизация в сети, что соответствует аналогичной части функционала сетевого уровня OSI.

Опираясь на услуги, поставляемые межсетевым уровнем, уровень управления передачей регламентирует средства, с помо­щью которых два процесса под­держивают диалог. Протоколы этого уровня обеспечивают службы, работающие как без уста­новления соединения (дейтаграммный режим), так и с установ­лением соединения. В последнем случае логическое соединение называется сеансовым, но по отно­шению к эталонной модели оно ближе к логическому соединению, обеспечиваемому транспорт­ным уровнем. Логическое соединение позволяет пользователю надежно, с требуемым уровнем качества обмениваться сообще­ниями с при­кладными процессами.

Обычно службы, поддерживаемые протоколом управления передачей, становят­ся доступными с помощью уровня программного обеспечения, называемого интер­фейсом прикладных программ. Так как в архитектуре ARPA уровень управления передачей образует интерфейс с прикладным процессом оконечного пользователя, то он явля­ется аналогом элемента пользователя, ассоциируемого в архитектуре OSI с прикладным процессом (приложением пользователя). Таким образом, программное обеспечение интерфейса прикладных программ меняется от узла к узлу и, следовательно, от одной операционной системы к другой, установленных на этих узлах.

В архитектуре ARPA нет предметно-ориентированного (прикладного) уров­ня, поэтому функции, связанные с этим уровнем, включены в процес­сы пользователей. Здесь в интересах конечных пользователей разработан ряд прикладных процессов, обеспечивающих специальные службы, близкие тем, кото­рые на прикладном уровне модели OSI выполняют прикладные протоколы (передачи файлов, эмуляции удаленного терминала, удаленного ввода заданий, электронной почты и др.).

 

5.2. СИСТЕМНАЯ СЕТЕВАЯ АРХИТЕКТУРА IBM

 

Системная сетевая архитектура (SNASystems Network Architecture) разрабо­тана фирмой IBM.

Архитектура SNA состоит из пяти уровней (рис.5.2).

Два верхних уровня – управления службами данными и управления потоком данных и передачей, – обеспечивают организацию и обслуживание сессий при обмене данными. Три нижних уровня – управления маршрутом; управления звеном данных; физический, – выполняют маршрутизацию и физическую передачу данных.

Здесь самым высоким является уро­вень управления службами данных. Этот уровень включает наряду с функциями представительного уровня OSI и некоторые из функций прикладного уровня. Он обеспе­чивает оконечному пользователю набор услуг представления – выбор синтаксиса (передачи), и, если требуется, соответствующие преобразования данных, а также не­которые дополнительные услуги управления сетью. Поскольку здесь не существует прикладных элементов как таковых, предполагается, что их обеспечивают конечные пользовательские приложения.

 

В сети SNA оконечные пользователи (пользовательские приложения) связаны с помо­щью так называемых логических элементов. В отличие от модели OSI, здесь оконечные пользователи не имеют сетевых идентификаторов. Вместо этого сетевыми адресами снабжены логические элементы, поэтому их называют также сетеадресуемыми элементами. Связь между логическими элементами осуществляется посредством обмена специальными сообщениями, называемыми элементами запроса ответа. По мере продвижения элементов запроса ответа вниз по иерархии уровней к ним присоединяются заголовки управляющей информации протоко­лов, в которую входит информация управления:

· передачей (сеансовый и транспортный уровни OSI);

· маршрутом (сетевой уровень OSI);

· звеном данных (канальный уровень OSI).

В SNA обмен данными не начинается до тех пор, пока между логическими элементами не будет установлено се­ансовое соединение (сеансовое и транспортное соединения в SNA объединены). По­этому уровень управления потоком данных и передачей обеспечивает услуги, близ­кие набору услуг сеансового и частично транспортного уровней модели OSI. Сеансовое соединение устанавливается и поддерживается с помощью элемента «сеансовое управление» уровня управления потоком данных и передачей. Этот уровеньотвечает за последующий обмен данными, включая управление взаимодей­ствием, синхронизацию и оповещение об особых ситуациях.

В отличие от транспортного уровня OSI, уровень управления потоком данных и переда­чей может передавать сообщения и в ответ на запрос непосредственно от оконечного пользователя.

Все со­общения, подлежащие передаче по сети (уровень управления маршрутом), со­держат управляющую информацию протокола, выработанную элементом уровня управления потоком данных и передачей, называемым администратором точки соединения. Эта ин­формация затем используется в целях:

· определения предполагаемого получателя сообщений, на данном или выше­лежащем уровне;

· реализации функций управления потоком и других функций управления элементами сообщения, передаваемыми между логическими элементами.

Уровни управления маршрутом и управления звеном данных в совокупности обеспечивают службы, близкие службам сетевого и канального уровней модели OSI. Потоком блоков данных по каждому из каналов передачи данных сети SNA управляет протокол уровня управления звеном данных, который почти иденти­чен протоколу канального уровня OSI.

С целью повышения надежности обмена два смежных узла сети могут быть соединены не одним, а несколькими каналами передачи данных. При получении блока данных подуровень управления групповой передачей уровня управления маршрутом инициирует его передачу смежному узлу сети по первому же доступному физическому каналу, а не по како­му-то зафиксированному заранее. Надежность передачи здесь повышается также за счет использования процедур повышения достоверности для каждого из каналов, однако в этом случае порядок поступления блоков может быть нарушен. Чтобы исключить это, протокол управления групповой передачей использует механизм последовательной нумера­ции, благодаря чему смежный узел-получатель может упорядочить принимаемые блоки. Если же доступным оказывается только один канал, то производительность повышается за счет того, что до начала передачи протокол объединяет несколько небольших блоков в один информационный кадр. Таким образом, подуровень управления групповой передачей просто повышает производительность уровня управления звеном данных, и поэтому в своей совокупности функционально они эквивалентны канальному уровню модели OSI.

Подуровень явного управления каналом совместно с подуровнем управле­ния виртуальным каналом обеспечивает предоставление услуг, близких по функ­циональности услугам сетевого уровня модели OSI. Подуровень явного управления маршрутами выполняет только функции маршрутизации. В SNA все маршруты ме­жду парой абонентских систем определены заранее и всем им присвоены номера.

Каждый узел сети имеет таблицу маршрутов, в которой для каждого маршрутного номера специфицировано соответствующее управление групповой передачей, под­лежащее использованию.

Подуровень управления виртуальным каналом обеспечивает управление передачей данных средствами установления логического соединения, аналогичного виртуальному (логическому) каналу в сетях с коммутацией пакетов. Это соединение может быть использовано для передачи фрагментов сообщений, связанных с раз­личными сеансами. Протокол управления виртуальным каналом применяет механизмы управления потоком и к фрагментам сообщений, передаваемым по этому логическому соединению, а также механизмы фрагментации и дефрагментации сообщений.

 

5.3. РАСПРЕДЕЛЕННАЯ АРХИТЕКТУРА ФИРМЫ DEC

 

Распределенная сетевая архитектура (Distributed Network ArchitectureDNA) разработана фирмой DEC (Digital Equipment CorporationDigital). Соотношение уровней архитектуры DNA и уровней архи­тектуры эталонной модели OSI показано на рис.5.3.

Нижние три уровня архитектуры DNA в своей совокупности обеспечивают ус­луги, близкие к услугам сетевого уровня OSI без установления соединения (дейтаграммный режим). Канальный уровень в архитектуре DNA, в рамках которого реализуется протокол цифровой передачи, отвечает за управление переда­чей цифровых (дискретных) сообщений по каналу, соединяющему два смеж­ных узла сети.

В отличие от других протоколов этот протокол является байт-орнентированным, в котором для управления используются управляю­щие символы кода обмена информацией ASCII, а содержимое передаваемых блоков (текстовая часть) может кодироваться кодом ASCII или содержать произвольную последовательность байт. Каждое передаваемое сообщение (информационный блок) имеет в своём заголовке поле счетчика, указывающего общее количество байт в со­общении, и заканчивается контрольной проверочной последовательностью. Этот протокол реализует механизм непрерывной передачи с дозапросом оши­бочных блоков и обеспечивает дуплексную передачу данных

Транспортный уровень эквивалентен сетевому уровню OSI без установле­ния соединения, т.е. обеспечивает основную службу дейтаграмм. Помимо маршрутизации, транспортный протокол DNA выполняет управление потоком и некоторые другие функции управления.

Уровень сетевых служб обеспечивает сервис, идентичный сервису, предоставляемому протоколом транспортного уровня OSI 4-го класса с установлением соединения. Управление соединением заключается в установлении (и разрыве) дуплексного логического канала (эквивалентного объединенному транспорт­но-сеансовому соединению OSI) между двумя соответствующими друг другу уровнями сетевых служб, после чего можно пользоваться передачей как сообщений между двумя процессами пользователей, так и управляющих сообщений. Для обес­печения этого установленный логический канал состоит из подканала данных для передачи исключительно сообщений (данных) между приложениями пользователей и подканала прочих данных, который, как следует из его названия, используется для передачи всех других сообщений, включая протокольные управ­ляющие сообщения. Протокол этого уровня реализует также функции сегментации и последую­щей сборки сообщений, управление защитой от ошибок и управление потоком.

Подуровень управления сеансом, считающийся частью уровня сетевых служб, выполняет две функции. Первая аналогична управлению сеансовым соедине­нием в модели OSI; вторая – отображению (преобразованию) адреса в службах спра­вочника OSI. В DNA, как и в эталонной модели, при инициализации сеансового соединения для идентификации приложений пользователей используются символьные имена, поэтому подуровень управления сеансомосуществляет необ­ходимые отображения между именами, применяемыми в приложениях пользователей, и соответствующими физическими (аппаратными) адресами в сети. Таким образом, получив запрос на соединение, подуровень управления сеансом сначала определяет требуемый сете­вой адрес, а потом передает уровню сетевых служб команду на соединение. Этот уровень формирует управляющее сообщение об инициализации соединения и пересыла­ет его соответствующему корреспондирующему уровню сетевых служб, который, получив это сообщение, передает команду на соединение соответствующему поду­ровню управления сеансом. Если требуемое пользовательское приложение доступно, он воз­вращает команду о принятии вызова уровню сетевых служб. Если же вызванное приложение в текущий момент не активно, то подуровень управления се­ансом инициирует соответствующий протокол до возвращения команды о принятии вызова. Затем протокол сетевых служб вырабатывает и возвращает инициирующему уровню сообщение, подтверждающее соединение, который сообщает уровню управ­ления сеансом о результатах установления соединения. Если установление соедине­ния было успешным, то по нему можно обмениваться сообщениями без какого-либо вмешательства подуровня управления сеансом. После того как будут пересланы все сообщения, подуровень управления сеансом вновь используется для разрыва соединения.

Как видно из рис.5.3, приложения пользователя могут инициировать и реализо­вать сетевой диалог, взаимодействуя непосредственно с сетевыми службами и уровнями управления сеансом. Кроме того, уровень сетевых приложений может предло­жить набор услуг, близких услугам различных прикладных протоколов OSI. На­пример, протокол доступа к данным предоставляет услуги, аналогичные файловой службе, но без виртуальной файловой системы (вместо этого два протокола доступа к данным предварительно обмениваются сообщениями, в результате чего выясняются такие вопросы, как, какие данные предполагается передавать, версия используемой ОС, тип файла, его организация, размер записей и т. д.).

Версия набора коммуникационных протоколов – DECnet, которую иногда называют PhaseV, а в литературе компании DEC – DECnet/OSI, представляет собою надлежащим образом расширенный набор комплекта протоколов OSI, поддерживающий все протоколы OSI, а также несколько других патентованных и стандартных протоколов, которые поддерживались предыдущими версиями DECnet. Что касается ранее внесенных изменений в протокол, DECnet PhaseV совместим с предыдущей версией (PhaseIV).

 

5.4. СЕТЕВАЯ АРХИТЕКТУРА ФИРМЫ APPLE COMPUTER

 

В начале 80-х годов прошлого века фирма Apple Computer (Apple), готовясь к выпуску персональной ЭВМ Macintosh, понимая уже на том этапе актуальность решения задачи организации сетевого взаимодействия вычислительных средств, решила встроить сетевой интерфейс в каждый Macintosh и интегрировать этот интерфейс в окружение новой персональной вычислительной машины. На практике новая сетевая архитектура Apple, получившая название Apple Talk, начала использоваться с 1987г.

Apple Talk разработана как система распределенной сети клиент-сервер, пользователи которой имеют возможность совместного использования разделяемых сетевых ресурсов – такими, как файлы и принтеры и др.

Apple Talk хорошо согласуется с моделью OSI. Основное отличие иерархии уровней Apple Talk от эталонной модели заключается в объединении на верхнем уровне Apple Talk функций прикладного и представительного уровней модели OSI.

Apple Talk является патентованной сетью, но Apple опубликовала характеристики Apple Talk, пытаясь привлечь внимание к разработке сторонних производителей сетевого оборудования и программного обеспечения.

Реализация Apple Talk, разработанная для локальных рабочих групп, получила название Apple Talk Phase I. Со временем основные протоколы Apple Talk были модернизированы, существенно расширив возможности маршрутизации, что обеспечило их успешное применение в более масштабных сетях. Расширенные протоколы стали известны под названием Apple Talk Phase II.

 

5.5. СЕТЕВАЯ АРХИТЕКТУРА ФИРМЫ CISCO SYSTEMS

 

В конце 2005 года фирмой Cisco Systems анонсирована новая стра­тегия построения центров обработки данных, в основу которой положена фирменная сетевая архитектура SONA (Service Oriented Network Architecture, англ. – сервисно-ориентированная сетевая архитектура) [7].

Типичный центр обработки данных представляет собой сложный массив гетерогенного оборудования, составленный из логически изолированных монолитных образований, где обору­дование находится в жесткой связке с выполняемыми приложе­ниями. При этом расплатой за любую архитектурную непреду­смотрительность становится перегруженность инфраструктуры, а как следствие – неоправданные издержки.

В качестве выхода из положения в Cisco предлагают осуще­ствить переход от монолитных вычислительных центров к сервисно-ориентированным архитектурам. В основе этого под­хода лежат проверенные технологии виртуализации и консолида­ции ресурсов; как и в других применениях, они позволяют пере­распределять собранные в пул [2] ресурсы между приложениями в динамическом режиме. Но, как свидетельствует весь опыт раз­вития информационных сетей, для реструктуризации, прежде всего, должна быть создана многоуровневая модель. В данном случае строится модель интеллектуальной сети, способная пре­доставлять доступ к ресурсам посредством сервисов.

В этом случае сама сеть обеспечивает пользователю безо­пасный доступ к распределяемым ресурсам центров обработки данных, том числе приложениям, серверам, базам данных и т.д. Главное достоинство этого подхода заключается в том, что он от­крывает возможность для разработки сбалансированного сетевого проекта, оптимизированного по готовности, по производительно­сти приложений, по другим параметрам и в то же время допус­кающего модернизацию, которая может быть вызвана появле­нием новых технологий, изменением рыночных условий и др.

Простейший пример такого подхода: сеть может самостоя­тельно проверять потоки передаваемых по ней данных на нали­чие вирусов, и тогда подключенные к ней пользователи могут быть освобождены от этой задачи.

В качестве технологического базиса для интеллектуальных сетей в Cisco предлагают архитектуру, получившую наименование SONA. Название SONA перекликается с известной сервисноориентированной архитектурой SOA (Service Oriented Architec­ture). Но в отличие от SOA, где сервисы служат средством обмена между приложениями, SONA обеспечивает выполнение сетевых прикладных сервисов. Технологии, лежащие в основе SONA, разделяются на две составляющие. Одна из них вполне традиционна для Cisco – оптимизация передачи данных по сети, то есть ее ускорение, компрессия, балансировка нагрузки и все остальное, что требуется предоставить приложениям для более производительной работы. Вторая компонента, получившая название AON (Application Oriented Networking), была впервые представлена компанией в июне 2005 года. Технология AON наделяет сеть способностью «читать и интерпретировать» (to read and interpret, англ.) передаваемые сообщения, она может выполнять функции «универсального системного переводчика». Основное достоинство SONA состоит в том, что, опираясь на нее, становится возможным создание таких центров обработки данных, которые не потребуют существенных затрат на администрирование и управле­ние.

Как утверждают в компании, SONA становится одним из важнейших технологических направлений в деятельности Cisco.

Специалисты Cisco Systems выделяют в модели SONA три уровня:

· Уровень сетевой инфраструктуры (networked infrastructure layer) объединяет все сетевые ресурсы. На этом уровне архитектура SONA предоставляет рекомендации, как построить сеть в виде полностью интегрированной системы.

· Уровень интерактивных сервисов (interactive services layer) обеспечивает эффективное резервирование ресурсов, дос­тавляемых средствами сетевой инфраструктуры. Для этого пре­доставляется полный набор сервисов, придающих сети качество, названное интеллектуальностью, сервисы позволяют сделать взаимоотношения бизнеса и приложений более предсказуемыми и надежными.

· Прикладной уровень (applications layer) объединяет взаимо­действующие между собой приложения таким образом, что исключается необходимость в инсталляции приложений и обеспе­чива­ется возможность модернизации приложений, не прерывая их работы, сохраняя безопасность.

 


[1] В некоторых источниках – Advanced Research Project Agency of the U.S. Department of DefenseDARPA.

[2] Пул (pool, англ.) – объединение [ ресурсов ].

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...