Примеры сетевых топологий
Интернет
Семёнов Ю.А. (ГНЦ ИТЭФ), book.itep.ru
Виртуальная сеть виртуальных сетей - Интернет является самой большой и самой популярной сетью. Можно смело утверждать, что эта сеть сохранит это лидерство в ближайшие годы. Привлекательность сети не только в том, что это единая среда общения людей, находящихся в разных странах и на разных континентах. Интернет предоставляет все более широкий спектр услуг. Это и информационно-поисковые системы, телефония, аудио и видео письма, доставляемые за считанные секунды в любую точку мира (где имеется Интернет), видеоконференции, электронные журналы, службы новостей, дистанционное обучение, банковские операции и многое, многое другое. Интернету предстоит мучительная процедура перехода на 128-битовые адреса (IPv6), но по ее завершении можно ожидать дальнейшего расширения списка услуг. Уже сегодня Интернет стал средой, предоставляющей возможность целевой рекламы и дистанционной торговли. Уже в начале следующего века сети станут самым мощным средством массовой информации. Но для решения всех этих проблем в этой сфере еще очень много надо сделать. Современные поисковые системы, несмотря на впечатляющие успехи, требуют существенного улучшения эффективности, много надо сделать для того, чтобы Интернет пришел в каждую квартиру.
Сегодня Интернет использует многие десятки протоколов. Если сюда добавить протоколы физического уровня, то их число превысит сотню. На уровне локальных сетей наиболее распространены различные разновидности Ethernet, а также Token Ring и некоторые другие. Особенно велико разнообразие протоколов межсетевого обмена. Здесь помимо PPP используется FDDI, X.25, ISDN, ATM, SDH, Fibre Channel и пр.. На транспортном уровне в Интернет работают протоколы UDP (без установления соединения) и TCP (с установлением соединения). Это два принципиально разных подхода к передаче данных. В обоих случаях и передатчик и приемник имеют индивидуальные IP-адреса и порты. Но в случае TCP они ассоциируются в соединители (socket) - две пары IP-адрес-порт и прием/передача в рамках одной сессии происходит по схеме точка-точка.
Для UDP же допускается возможность передачи одновременно нескольким приемникам (мультикастинг) и прием данных от нескольких передатчиков в рамках одной и той же сессии. Протокол TCP используется для поточной передачи данных, при которой доставка гарантируется на протокольном уровне. Это обеспечивается обязательным подтверждением получения каждого пакета TCP. Напротив, протокол UDP не требует подтверждения получения. В этом случае, как правило, исключается также и фрагментация пакетов, так как пакеты при схеме без установления соединения никак не связаны между собой. По этим причинам UDP в основном служит для передачи мультимедийных данных, где важнее своевременность, а не надежность доставки. Протокол TCP используется там, где важна надежная, безошибочная доставка информации (файловый обмен, передача почтовых сообщений и WEB-технология).
Схема без установления соединения привлекательна также тем, что позволяет при передаче данных от исходного источника к большому числу приемников минимизировать общий трафик. Если бы для этой цели использовался протокол TCP, то при N приемниках надо было бы сформировать N виртуальных каналов и транспортировать N идентичных пакетов (рис. 4.4.1). В случае UDP от передатчика до точки разветвления передается только один пакет, что уменьшает загрузку данного участка в N раз (рис. 4.4.2). Причем аналогичная экономия может быть реализована и по пути к очередной точке разветвления (смотри описание протокола мультикастинг-маршрутизации PIM).
Рис.4.4.1
Рис. 4.4.2.
В примере на рисунке 4.4.2 на участке 1 снижение трафика по сравнению с традиционным методом передачи данных происходит в 8 раз, на участке 2 - в 4 раза, а на сегментах 3 - в два раза.
Все множество протоколов Интернет можно поделить на две группы. К первой относятся те, что имеют собственный стандарт на формат пакетов (IP, UDP, TCP, ARP, RARP, RTP, RIP, OSPF, BGP, IGRP, ICMP, SNMP, DNS, PIM, IGMP, BOOTP, IPX/SPX, AAL и др.). Вторую группу образуют протоколы, которые формализуют обмен на уровне сообщений.Они не имеют своих форматов на пакеты, а стандартизуют лишь форму сообщений и алгоритм обмена. Вторая группа использует для передачи своих сообщений протоколы первой группы. К этой группе относятся SMTP, NTP, POP, IMAP, FTP, HTTP, RSVP, Telnet, Finger, NNTP, Whois, SET, SSL и т.д. По существу, вторая группа располагается на прикладном уровне. Первая группа более консервативна и достаточно хорошо структурирована, вторая – динамична и постоянно расширяется. Ко второй группе примыкают некоторые стандартизованные утилиты типа ping, traceroute, а также поисковые системы. В перспективе на подходе протоколы для интерфейсов баз данных и мультимедиа. Особняком стоят алгоритмы обеспечения безопасности.
