Мельников Д. А. - Организация и обеспечение безопасности информационно-технологических сетей и систем - 2012

пакеты и не передавать квитанции об их получении, чем будет при­ остановлена передача пакетов узлом-источником.

Управление потоком (см. рис. 3.4) между ЭВМ и узлом СПД (для случая, когда к узлу подключена единственная ЭВМ) обеспечивает­ ся описанными средствами управления каналом, который связывает ЭВМ с узлом. Если к узлу подключены несколько ЭВМ, для управ­ ления потоком требуются специальные методы. Как правило, ис­ пользуется следующий метод:

©во-первых, для каждой ЭВМ выделяется определенное число буферов, в которых размещаются пакеты, поступающие в узел;

•во-вторых, каждой ЭВМ присваиваются различные приорите­ ты на передачу пакетов, которые зависят от ширины окна, от­ водимого в канале связи ЭВМ (чем шире окно, тем выше при­ оритет ЭВМ на передачу в узел).

Управление потоками на уровне ЭВМ-ЭВМ обеспечивается в основ­ ном протоколом управления каналом между ЭВМ и СПД и протоко­ лом управления потоками в СПД. Для исключения переполнения сети пакетами каждая ЭВМ, начиная диалог с другой ЭВМ, должна убе­ диться в готовности вызываемой ЭВМ к взаимодействию - приему па­ кетов. Такая проверка выполняется при установлении виртуального канала и необходима при передаче данных в форме дейтаграмм.

Управление потоком между процессами, реализуемыми в ЭВМ, за­ ключается в проверке разрешения на доступ к вызываемому процес­ су - программе, базе данных или терминалу.

Рассмотренная система управления потоками, реализуемая протоколами соответствующих уровней, обеспечивает защиту пере­ даваемых данных от ошибок, передачу пакетов, упорядоченных в цепочки с помощью нумерации, и эффективное использование пропускной способности канала и сети в целом. Кроме того, проце­ дуры проверки готовности адресатов (ЭВМ и процессов) к взаимо­ действию с источником вызова снижают нагрузку на СПД и отчасти способствуют защите узлов связи и СПД в целом от перегрузок.

3.4.Защита от перегрузок

ВСПД с коммутацией пакетов основные ресурсы для функ­ ционирования сети - это пропускная способность каналов и емкость буферной памяти в узлах связи. Пропускная способность каналов, число буферов и топология сети определяют предельную пропуск­ ную способность сети. Реальная пропускная способность сети не мо­ жет превышать предельной. С увеличением нагрузки на сеть пропу­ скная способность увеличивается до предельного значения, но одно­

временно с этим возрастает время доставки пакетов. Как в любой транспортной системе пропускная способность сети зависит от числа пакетов, находящихся в сети. С увеличением числа пакетов, переда­ ваемых сетью, производительность сначала возрастает до максималь­ ного значения, а затем начинает падать. Состояние сети, при котором из-за большого числа передаваемых пакетов резко ухудшаются ее ха­ рактеристики, называется перегрузкой. При числе пакетов М<М* в сети существуют условия для свободного продвижения пакетов к адреса­ там. При М>М* эти условия ухудшаются и в конце концов настолько, что сеть оказывается заблокированной находящимися в ней пакетами и производительность сети падает до нуля.

Блокировки в сети возникают из-за отсутствия свободных бу­ феров в узлах связи. Если два узла Л и В связаны между собой кана­ лом и все буферы узла А заняты пакетами, которые должны быть переданы в узел В, а все буферы узла В - пакетами, предназначен­ ными для узла А, то возникает прямая блокировка: ни один пакет из узлов Л и В не может быть передан в узел назначения. Косвенная блокировка возникает при кольцевой топологии сети, например, когда узел А должен передать пакеты в узел В, узел В - в узел С, а узел С - в узел Л. В этом случае для пакетов может не оказаться свободных буферов и передачи полностью блокируются.

Для исключения перегрузки сети необходимо не допускать чрезмерного поступления пакетов в ИТС. Пакеты должны ожидать своей очереди на передачу через сеть, находясь в памяти главных и терминальных ЭВМ. Наиболее простой способ защиты от перегрузок - введение для узлов сети системы разрешений на ввод пакетов в сеть. При этом каждому узлу выделяется ограниченное число разрешений, например 5, на передачу пакетов в сеть. Если узел вводит пакет в сеть, то число разрешений уменьшается на единицу. После того как все разрешения будут исчерпаны, узел прекращает прием пакетов от ЭВМ-источника. Когда в узел поступает пакет, адресованный ЭВМ, об­ служиваемой узлом, число разрешений увеличивается на единицу. Этот метод исключает возможность переполнения сети пакетами. По­ скольку потоки в узлах не сбалансированы, число отправляемых паке­ тов в общем случае не совпадает с числом принимаемых, в одних узлах может оказаться избыток разрешений, а в других - их дефицит. По­ этому узлы должны передавать избыточные разрешения другим уз­ лам, например с помощью специальных управляющих пакетов.

Оптимальное количество разрешений, предоставляемых уз­ лу, определяется путем моделирования сети. При этом учитывается предельное допустимое число пактов в сети, зависящее от тополо­ гии, числа буферов и пропускной способности каналов, а также за­ держка ввода пакетов в сеть и время доставки пакетов.

Дополнительно к системе разрешений с целью улучшения условий функционирования вводятся приоритеты для транзитных пакетов. Транзитные пакеты передаются УС в первую очередь, что приводит к разгрузке сети, а пакеты, поступающие в узлы от ЭВМ, передаются в сеть только в том случае, когда все транзитные пакеты переданы по соответствующим направлениям.

При наличии системы, защищающей от перегрузок сеть в целом, могут возникнуть локальные перегрузки - в области, охваты­ вающей несколько соседних узлов. В результате этого передача па­ кетов в области блокируется. Чтобы восстановить работоспособ­ ность сети, можно уничтожить заблокированные пакеты при усло­ вии, что ЭВМ-источник сохраняет копии пакетов до получения их ЭВМ-адресатом. В этом случае передача уничтоженных пакетов ЭВМ-источником производится повторно по истечении тайм-аута. Однако такой способ восстановления работы после перегрузки мо­ жет привести к различным нежелательным последствиям, напри­ мер, могут быть уничтожены управляющие пакеты, несущие кви­ танции, что потребует повторной передачи правильно доставлен­ ных пакетов. Поскольку трудно предвидеть все возможные случаи, связанные с блокировками в сети, основные функции по ликвида­ ции блокировок возлагаются на операторов, осуществляющих ад­ министративное управление сетью.

Глава 4. Протоколы и интерфейсы управления каналами и сетью передачи данных

Базовая СПД, состоящая из узлов и каналов связи, создает воз­ можность главным и терминальным ЭВМ устанавливать между со­ бой информационные соединения. Эти возможности реализуются средствами, образующими в семиуровневой модели (см. рис. 1.4,1.5) три нижних уровня управления: 1 - физическим каналом; 2 - ин­ формационным каналом; 3 - СПД.

4.1. Протоколы физического уровня

Физический уровень в архитектуре открытых систем является нижним уровнем, который обеспечивает взаимодействие со средой передачи, связывающей системы между собой. Примерами среды пе­ редачи может служить коаксиальный кабель, двухпроводная витая па­ ра, волоконно-оптическая линия, шина, состоящая из группы прово­ дов для параллельной передачи байта или машинного слова, и др. Среда передачи может бьггь составной и включать сегменты различно­ го типа, например проводную и волоконно-оптическую линии.

На рис. 4.1 показаны три территориально разнесенных пункта А, В и С. Пункты А и В соединены между собой проводной линией свя­ зи, а пункты В и С - волоконно-оптической. Между этими линиями в пункте В установлен транзитный электронно-оптический преоб­ разователь, который преобразует поступающие к нему от пункта А электрические сигналы в оптические и передает их к пункту С, и наоборот, оптические сигналы, поступающие от пункта С, он трансформирует в электрические сигналы для передачи по провод­ ной связи к пункту А.

Физические уровни пунктов А и С в идеальном случае должны выполнять одинаковые протоколы взаимодействия со средой пере­ дачи, хотя сама среда в этих пунктах имеет различную природу. Другими словами, оконечный электронно-оптический преобразова­ тель (ОП) в пункте С должен взаимодействовать с системой С так же, как модем в пункте А взаимодействует с системой А. Правила этого взаимодействия и определяются протоколами физического уровня, который реализуется на интерфейсе физического уровня со средой передачи, т.е. между системой обработки информации и модемом в пункте А или между системой обработки информации и оконеч­ ным ОП в пункте С. Сам интерфейс физического уровня представ­ ляет собой группу проводов для передачи в каждом направлении данных и управляющих сигналов.

Процедуры, определяемые стандартом V.24, расширены стан­ дартом Х.21-бис на подключение абонентов через телефонный ка­ нал к цифровым сетям коммутации. Стандарт X.21-бис позволяет устанавливать соединение через коммутируемые каналы для досту­ па к цифровым сетям. Порядок передачи данных через цифровые каналы определяется стандартом Х.21. Стандарт Х.21 наиболее ши­ роко используется в вычислительных сетях и рассматривается в ка­ честве интерфейса, определяющего порядок сопряжения абонента с цифровым каналом передачи данных.

Схема организации управления передачей данных в СПД изо­ бражена на рис. 4.2. На ней представлены две ЭВМ, сопряжение кото­ рых с остальными системами обеспечивается средствами уровней 1...3, и два узла связи, в которых выделены средства управления передачей данных по сети. Управление каналами реализуется, как правило, тех­ ническими средствами уровня 1. Сопряжение с техническими средст­ вами определяется интерфейсом Х.21. Взаимодействие уровней управ­ ления 2 и 3 с одноименными уровнями управления других систем обеспечивается протоколами HDLC (High Level Data Link Control - вы­ сокоуровневое управление каналом передачи данных) и Х.25 соответ­ ственно. При этом протокол HDLC можно рассматривать как нижний уровень управления, реализуемого протоколом Х.25.

4.2. Интерфейс Х.21

Интерфейс Х.21 (рис. 4.3) определяет сопряжение между око­ нечным оборудованием данных (ООД) и аппаратурой канала (пе­ редачи) данных (АКД или АПД). В качестве ООД может выступать устройство сопряжения главной, терминальной или коммутацион­ ной ЭВМ с АКД по линиям связи. Через устройство сопряжения производится ввод-вывод данных. Состав и функции линий интер­ фейса определяются стандартом Х.24, их электрические характери­ стики - стандартами Х.26 и Х.27, а разъем - стандартом МОС 4903.

Интерфейс состоит из восьми соединительных линий. От­ дельную группу составляют следующие четыре линии: G и Ga - за­ земления; S - синхронизация элементов сигнала (моментов переда­ чи битов) и В - синхронизация байтов (не обязательна). Остальные четыре линии - Т, R, С, I - предназначены для передачи данных и сигналов управления: Т - передачи битов данных в АКД; R - приема битов данных из АКД; С - управления АКД со стороны ООД; I - ин­ дикации установления соединения и прекращения связи.

Взаимодействие через интерфейс Х.21 сводится к трем основ­ ным процедурам: установлению соединения по инициативе ООД или АКД; передаче данных; разъединению.

4.3. Протоколы канального уровня

Протоколы канального уровня должны обеспечивать взаимо­ связь между сетевым и физическим уровнями, предоставляя сетево­ му уровню более широкий набор услуг по сравнению с физиче­ ским. Как известно, основная задача физического уровня - это пере­ дача битов. Основной задачей канального уровня является передача не­ которых завершенных блоков данных или кадров.

В рамках архитектуры открытых систем на канальный уровень возлагаются следующие функции:

оинициализация - обмен между взаимодействующими станция­ ми служебными сообщениями, подтверждающими готовность к передаче данных;

видентификация - обмен между взаимодействующими станция­ ми служебной информацией, подтверждающей правильность соединения;

осинхронизация - выделение в последовательности передаваемых битов границ знаков;

осегментация - формирование кадров для их передачи по каналу; 0 обеспечение прозрачности - предоставление уровню, располо­

женному выше, возможности передачи произвольной последо­ вательности битов или знаков;

0управление потоком - обеспечение согласования скорости пере­ дачи со скоростью приема;

Для доступа к услугам канального уровня и формирования сообщений о реализации соответствующих услуг используется на­ бор служебных сообщений (примитивов), которые в ЭМВОС делится на три группы, соответствующие определенным фазам работы ка­ нала (информационного взаимодействия).

Фаза организации канала. Сюда входят пять типов примитивов.

1.Запрос соединения, используемый сетевым уровнем в качестве требования на организацию логического канала. При выпол­ нении этого запроса канальный уровень отвечает примитивом «Поддержание соединения». При поступлении запроса на соеди­ нение от удаленного абонента сообщение о запросе передает­ ся канальным уровнем к сетевому уровню в виде примитива

«Индикация запроса соединения», в ответ на который выдается примитив «Ответ на запрос соединения».

2.Запрос активации, используемый при управлении канальным уровнем с целью перевода в активное состояние компонента этого уровня. В ответ на этот запрос передается примитив

«Подтверждение активизации».

3.Запрос выбора конкретного физического соединения из груп­ пы возможных соединений. В ответ выдается примитив «Под­ тверждение выбора».

4.Запрос идентификации оконечных точек соединения, с по­ мощью которых осуществляется обмен данными с другим се­ тевым компонентом.

5.Запрос согласования параметров, определяющих качество

предоставляемых услуг.

Фаза передачи данных. В этой фазе могут использоваться шесть типов примитивов.

1.Запрос передачи блока данных к удаленному сетевому компо­ ненту. Подтверждение передачи сообщается канальным уров­ нем примитивом «Подтверждение передачи данных». Блок дан­ ных, поступивший от удаленной станции, передается сетевому уровню с помощью примитива «Индикация поступления дан­ ных», а ответом на этот примитив служит примитив «Ответ на поступление данных».

2.Запрос срочной передачи блока данных, используемый для ускоренной (срочной) передачи блока данных.

3.Запрос управления потоком, передаваемый от сетевого уровня к канальному. Для сообщения о поступлении аналогичного запроса от удаленного абонента канальный уровень использу­ ет примитив «Индикация запроса управления потоком».

4.Запрос перехода к начальным условиям, при котором осуще­ ствляется сброс имеющихся в канальном уровне блоков дан­ ных и установка начальной нумерации блоков.