Межсетевое взаимодействие

Только небольшое количество сетей обладает однородностью (гомогенностью) программного и аппаратного обеспечения. Однородными чаще всего являются сети, которые состоят из небольшого количества компонентов одного производителя.

Более общим случаем являются неоднородные (гетерогенные) сети, состоящие из разнотипных рабочих станций, операционных систем и приложений, в которых для взаимодействия между компьютерами используются различные типы коммуникационного оборудования — коммутаторов и маршрутизаторов, а также разные коммуникационные протоколы.

Одной из причин неоднородности является эволюционный характер развития любой большой сети. Сеть, как правило, не строится «с нуля» и не возникает в одно мгновение. Поскольку жизнь не стоит на месте, за время существования сети появляются привлекательные технологические новшества, и создатели сети вынуждены вносить в нее изменения, которые часто требуют согласования новых технологий с уже имеющимися старыми.

Неоднородность — это также естественное следствие того, что люди, ответственные за функционирование сети, стремятся выбрать программные и аппаратные средства, которые наилучшим образом отвечают поставленным целям. Часто оказывается, что средство, которое хорошо подходит для решения одной задачи, совсем не обязательно также хорошо работает для решения другой. Поэтому и появляются в сети коммуникационное оборудование разных технологий и разных производителей, Ethemet-сегменты соседствуют с РРР-сегментами, серверы работают под управлением Windows, Unix или Mac OS, а в системах IP-телефонии применяются конкурирующие протоколы Н.323 и SIP.

Отсюда следует важное требование, предъявляемое к современных сетевым ОС, — способность к интеграции с другими ОС и разнообразным сетевым оборудованием.

Основные подходы к организации межсетевого взаимодействия

На первый взгляд выражение «организация межсетевого взаимодействия» может показаться парадоксальным. Действительно, если сети взаимодействуют, значит, их компьютеры связаны между собой, и следовательно, они все вместе образуют сеть. Тогда что же понимается под сетями, взаимодействие которых надо организовать? Понимается ли под этим совокупность компьютеров, кото­рые работают под управлением одной и той же сетевой операционной системы, например Microsoft Windows ХР или Unix? Или это те компьютеры, которые связаны между собой средствами одной и той же базовой сетевой технологии, например Ethernet или Token Ring? И наконец, может быть, здесь имеются в виду сети в терминах протокола сетевого уровня, то есть части большой сети, разделенные между собой маршрутизаторами?

Ни то, ни другое, ни третье. В контексте межсетевого взаимодействия под термином «сеть» понимается совокупность компьютеров, общающихся друг с другом с помощью единого стека протоколов. Средства взаимодействия компьютеров в сети организованы а виде многоуровневой структуры — стека протоколов. В однородной сети все компьютеры используют один и тот же стек. Проблема возникает: тогда, когда требуется организовать взаимодействие компьютеров, принадлежащих разным сетям в указанном смысле, то есть организовать взаимодействие компьютеров, на которых поддерживаются отличающиеся стеки коммуникационных протоколов.

Проблема межсетевого взаимодействия может иметь разные внешние проявления, но суть ее одна — несовпадение коммуникационных протоколов. В худшем случае не совпадают протоколы всех уровней, это как раз и происходит, когда в сетях используются различные стеки протоколов. Однако проблема межсетевого взаимодействия возникает и в том случае, когда в сетях не совпадает только протокол одного из уровней стека. Например, если в одной сети на канальном уровне работает технология Ethenet, а в другой применяется протокол РРР, то непосредственно эти протоколы общаться и передавать между сетями кадры не могут. Как мы знаем, именно для решения такого рода проблем и были в свое время созданы протоколы сетевого уровня — IPX, IP и другие. Основная функция этих протоколов состоит в организации взаимодействия ка­нальных протоколов различных сетей, как построенных на основе одной технологии, так и различных (более подробно об этом рассказывалось в главе 9). Однако идея использования протокола сетевого уровня перестает работать, когда в сети на этом уровне работают разные протоколы, например, одна сеть по­строена на основе протокола IP, а другая — IPX.

Равным образом проблема межсетевого взаимодействия может возникнуть и при объединении сетей, в которых используется один и тот же протокол сетевого уровня, и транспортные проблемы передачи пакетов успешно им решаются. Однако если компьютеры этих сетей применяют различные протоколы прикладного уровня, то для пользователей этих приложений проблема остается. Например, если в одной сети работает протокол пакетной телефонии стандарта Н.323, а в другой — протокол SIP того же уровня й назначения, то пакетные те­лефоны этих сетей взаимодействовать не будут, даже если обе сети используют один и тот же стек протоколов TCP/IP, так как протоколы прикладного уровня в них отличаются¹.

Аналогичная ситуация возникает, когда клиентские и серверные компоненты какой-либо службы операционных систем разных сетей функционируют на базе разных протоколов прикладного уровня. Например, компьютеры, работающие под управлением ОС Microsoft Windows, по умолчанию используют для доступа к файлам протокол SMB, а компьютеры, работающие под управлением Unix, — протокол NFS. Конечно, эти сети могут сосуществовать, передавая данные через общие транспортные средства, но не предоставляя пользователям сервис общей разделяемой файловой системы. В том случае, когда потребуется обеспечить доступ к данным файлового сервера Windows 2003 клиентам Unix, администратор сети столкнется с необходимостью согласования сетевых служб.

Задачи устранения неоднородности имеют некоторую специфику и даже разные названия в зависимости от того, к какому уровню модели OSI они относятся. Задача объединения транспортных подсистем, отвечающих только за передачу сообщений, обычно называется задачей межсетевого взаимодействия (internetworking). Классическим подходом для ее решения является использование единого сетевого протокола, такого, например, как IP или IPX. Однако существуют ситуации, когда этот подход неприменим или нежелателен (эти ситуации далее рассмотрены).

Другая задача, называемая операционной совместимостью (interoperability), возникает при объединении сетей, использующих разные протоколы более высоких уровней — в основном прикладного и представительного. Будем называть ее задачей согласования сетевых служб операционных систем, так как протоколы прикладного и представительного уровней реализуются именно этими сетевыми компонентами.

Кардинальным решением проблемы межсетевого взаимодействия могло бы стать повсеместное использование единого стека протоколов. И такая попытка введения единого стека коммуникационных протоколов была сделана в 1990 году правительством США, обнародовавшем программу GOSIP (Government OSI Profile), в соответствие с которой стек протоколов OSI предполагалось сделать общим для всех сетей, устанавливаемых в правительственных организациях США. Однако массового перехода на стек OSI не произошло. В то же время в связи со стремительным ростом популярности Интернета стандартом де-факто стал стек протоколов TCP/IP, который сегодня установлен практически на любом компьютере. В результате степень неоднородности сетей, начиная с конца 90-х годов, существенно снизилась. Помимо появления единого протокола сетевого уровня, этому способствовали еще две тенденции: доминирование на канальном уровне технологии Ethernet и сокращение перечня популярных се­тевых ОС до двух семейств — Microsoft Windows и Unix (Linux также принадлежат к последнему семейству, а последняя версия Mac OS X построена с использованием большого количества элементов кода Unix). Третий крупный игрок 90-х, Novell NetWare, хотя все еще и поставляется, но уже не оказывает существенного влияния на сетевой мир.

Технология Ethernet сегодня практически вытеснила из локальных сетей все остальные технологии канального уровня, такие как FDDI и Token Ring, которые были весьма популярны в 90-е годы. Сегодня экспансия Ethernet распространилась на глобальные сети, где она стала вытеснять такие традиционные протоколы, как HDLC и РРР. Анализ причин доминирования Ethernet выходит за рамки темы данной книги, однако результат такого доминирования очевиден — однородность сетей возросла, и транспортные проблемы построения составных сетей упростились. Нужно подчеркнуть, что необходимость в су­ществовании сетевого протокола не отпадет даже в том случае, если все подсети составной сети будут построены на базе технологии Ethernet — разделение сети на подсети происходит не только из-за существования разных технологий ка­нального уровня в каждой из подсетей. Такое разделение имеет смысл и в однородной в отношении канальной технологии среде, так как создает иерархию и тем самым улучшает управляемость сети — общая теория систем и просто здравый смысл говорят, что большие однородные системы не эффективны, ими невозможно управлять, будь то государство или же компьютерная сеть.

Сокращение типов применяемых сетевых ОС сократило число применяемых прикладных протоколов и, соответственно, повысило степень однородности сетей на прикладном уровне.

Таким образом, тенденция к унификации сетевого мира налицо, однако означает ли это, что проблема межсетевого взаимодействия почти решена и на нее не стоит обращать внимания?

Правильный ответ — нет. Во-первых, для решения одной и той же задачи по-прежнему могут использоваться разные протоколы. Наиболее выпукло это проявляется на прикладном уровне, как это видно из приведенных ранее примеров. К тому же и на более низких уровнях иерархии протоколов не все так просто. Даже в условиях доминирования стека TCP/IP сегодня существует две его версии — IP v4 и IP v6, которые не могут непосредственно взаимодействовать друг с другом. Во-вторых, разнообразие является общим законом природы, так что никогда нельзя исключать вероятности появления новых технологий, протоколов и их стеков.

Поэтому можно сделать вывод, что средства межсетевого взаимодействия по-прежнему актуальны и таковыми, по всей вероятности, останутся.

Для решения проблем межсетевого взаимодействия были разработаны несколько общих подходов, к которым относятся:

• трансляция;

• мультиплексирование;

• инкапсуляция (туннелирование).