Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Однако сети могут различаться и в таких аспектах, с которым справиться гораздо труднее. Самый яркий пример — качество обслуживания. Если одна сеть предоставляет хороший уровень обслуживания, а другая — наилучший уровень из возможных, невозможно создать сквозную пропускную способность и задержку. На самом деле это возможно, только если вторая сеть работает в медленном режиме или почти не используется, что маловероятно. Трудности вызывают и механизмы безопасности, но как минимум шифрование в целях конфиденциальности и целостности данных можно обеспечить в тех сетях, где они не поддерживаются. И наконец, различия в тарификации могут стать причиной неожиданно высоких счетов за обычные операции — ситуация, в которой часто оказываются пользователи мобильных телефонов в зоне роуминга.

5.5.2. Способы объединения сетей

Существует два основных способа соединения разных сетей. Можно создать специальные устройства, которые умеют конвертировать пакеты из любой сети в любую другую. Или, как хорошие специалисты в этой области, мы можем решить эту проблему так: добавив еще один уровень косвенной адресации, мы создадим надсете-вой уровень. В обоих случаях устройства должны помещаться в граничных областях сетей.

Уже давно идею создания общего слоя, сглаживающего различия существующих на данный момент сетей, выдвинули Серф и Кан (1974). Этот подход имел невероятный успех и нашел свое применение в протоколах IP и TCP. Сейчас, почти сорок лет спустя, IP составляет основу современной сети Интернет. За это достижение в 2004 году Серф и Кан были удостоены премии Тьюринга, которую неофициально называют Нобелевской премией в области информатики. IP использует универсальный формат пакетов, который распознается всеми маршрутизаторами и может быть передан по практически любой сети. Действие IP распространяется также и на телефонные сети. Кроме того, сейчас IP работает в сенсорных сетях и на малых устройствах, хотя раньше считалось, что такая поддержка невозможна из-за ограничений на ресурсы.

Мы уже говорили о нескольких типах устройств для соединения сетей. Среди них повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы и шлюзы. Повторители и концентраторы просто переносят биты с одного кабеля на другой. Чаще всего это аналоговые устройства, ничего не смыслящие в протоколах вышележащих уровней. Мосты и коммутаторы работают на канальном уровне. Они могут использоваться для построения сетей, осуществляя по ходу дела минимальные преобразования протоколов, например, между сетями Ethernet со скоростями 10, 100 и 1000 Мбит/с. В этом разделе в центре нашего внимания будут устройства сетевого взаимодействия, работающие на сетевом уровне, то есть маршрутизаторы. Шлюзы, являющиеся высокоуровневыми интеркоммуникационными устройствами, будут рассмотрены позднее.

Давайте для начала посмотрим, как взаимодействие через общий сетевой слой может использоваться для объединения разнородных сетей. На рис. 5.34, а изображена интерсеть, состоящая из сетей 802.11, MPLS и Ethernet. Пусть источник в сети 802.11 хочет отправить пакет приемнику в сети Ethernet. Так как технологии отправки в этих сетях различны, и вдобавок пакету придется пройти через сеть другого типа (MPLS), на границах сетей пакеты должны быть дополнительно обработаны.

Рис. 5.34.Взаимодействие через сетевой слой: а — пакет проходит через разные сети; б — выполнение протоколов на сетевом и канальном уровне

Поскольку обычно разные сети используют разные способы адресации, пакет содержит адрес сетевого слоя, который может идентифицировать любой хост любой из трех сетей. Сначала пакет приходит на границу сетей 802.11 и MPLS. Сеть 802.11 не требует соединения, а MPLS, наоборот, ориентирована на соединение. Это значит, что необходимо создать виртуальный канал. Когда пакет пройдет по этому каналу, он достигнет границы сети Ethernet. На этом этапе пакет может оказаться слишком большим, так как 802.11 работает с кадрами большего размера, чем Ethernet. В таком случае пакет разделяется на фрагменты, каждый из которых отправляется по отдельности. Фрагменты снова собираются вместе по прибытии на адрес назначения. Так заканчивается путешествие пакета.

Выполнение протоколов для этого путешествия показано на рис. 5.34, б. Отправитель получает данные от транспортного уровня и создает пакет с заголовком общего сетевого уровня — в данном случае IP. Этот заголовок содержит адрес конечного пункта назначения, который определяет, что пакет должен быть отправлен через первый маршрутизатор. Пакет вставляется в кадр 802.11 с адресом первого маршрутизатора, после чего он передается. На маршрутизаторе из его поля данных извлекается пакет. Далее маршрутизатором анализируется содержащийся в пакете IP-адрес. Этот адрес нужно отыскать в таблице маршрутизации. В соответствии с ним принимается решение об отправке пакета на второй маршрутизатор. Чтобы пакет прошел эту часть пути, нужно добавить виртуальный канал MPLS, ведущий ко второму маршрутизатору, а пакет должен быть упакован в кадр с заголовками MPLS. На противоположном конце заголовок MPLS удаляется, а на основании адреса определяется следующий транзитный участок сетевого уровня. Этот участок ведет к конечному адресу назначения. Так как пакет является слишком длинным для сети Ethernet, он разделяется на две части, каждая из которых помещается в поле данных кадра Ethernet и передается на адрес назначения. Там заголовки кадров считываются, и содержимое исходного пакета восстанавливается. Пакет достиг пункта назначения. Следует отметить, что между случаем коммутации (установки моста) и маршрутизации есть существенная разница. При применении маршрутизатора пакет извлекается из кадра, и для принятия решения используется адрес, содержащийся именно в пакете. Коммутатор (мост) пересылает весь пакет, обосновывая свое решение значением MAC-адреса. Коммутаторы не обязаны вникать в подробности устройства протокола сетевого уровня, с помощью которого производится коммутация. А маршрутизаторы — обязаны.