Цели разработки IP

IP унаследовал большинство идей от протоколов, использовавшихся в ARPANET [Cla88]. Основная идея IP — сохранить относительную простоту сети, возложив основные функции на хосты. Это сильно контрастирует с телефонной сегыо, где используются очень сложные способы коммутации, но простые оконечиые устройства (т.е. телефоны). IP предоставляет иптегрированиую среду для отправки отдельиых пакетов. Пакет представляет собой единицу информации — определенное число байтов данных, указанное отправителем. При «путешествии» от отправителя к получателю пакет проходит через ряд маршрутизаторов, которые взаимодействуют по протоколу IP, как показано на рис. 5.2. Вернувшись к апалогии с обычной почтой, можно отметить, что передача IP-пакетов через Internet схожа с отправкой письма по почте. Почта прилагает максимальные усилия, чтобы быстро доставить гшсьмо. Однако письмо может не достичь адресата или находиться в пути слишком долго. Серия писем, отправленных от одного человека к другому, может придти не в том порядке, в котором письма были отправлепы.

Аналогичным образом, маршрутизаторы в Internet обрабатывают каждый пакет независимо и не нуждаются в сохранении информации о состоянии между последовательными пакетами. Последовательность IP-пакетов, передаваемых от одного хоста другому, не обязательно проходит в сети одним и тем же путем. Пакеты могут теряться, повреждаться или доставляться не в том порядке. В этом смысле обычная почта и Internet заметно отличаются от традиционной телефонной сети. В телефонной сети устанавливается строго определенное соединение между любыми двумя абонентами, для каждого соединения перед передачей данных выделяется необходимая полоса пропускания. Например, сеть может выделить полосу пропускания в 64 Кбит/с для каждого телефонного соединения. Телефонное соединение не устанавливается, если не будет иметься достаточно ресурсов. Это

Рис. 5.2. Протоколы, используемые при передаче НТТР-сообщений

гараитирует, что текущие телефонные соединения не будут подвергаться какому-либо воздействию при установлении нового соединения. В противоположность этому обычная почта явным образом не ограничивает число писем, которое может быть отправлено; в периоды наибольшей активности абонентов, например, перед праздниками, производительность системы может снижаться. И Internet, и обычная почта используют коммутацию пакетов, в противоположность коммутации каналов, используемой в традиционных телефонных сетях.

Различия обусловлены тем фактом, что сеть Internet была разработана совсем для другой цели — поддержки удаленного доступа к совместно используемым ресурсам. Пользователь может провести несколько часов, работая с удаленным компьютером, внутри сеанса могут быть продолжительные периоды бездействия. Наличие выделенного капала для такого трафика будет расточительством. Вместо этого Internet-трафик делится на IP-пакеты, которые передаются по мере необходимости. Поскольку трафик может формироваться в любой момепт времени, каждый пакет должен иметь заголовок, идентифицирующий место назначения. Заголовок IP-пакета аналогичен конверту с письмом, который передается но почте. Информация, содержащаяся в заголовке, не нужна в сети с коммутацией каналов. Несмотря на затраты, связанные с включением заголовка в каждый отправляемый пакет, пакетная коммутация при передаче данных обычно более эффективна, чем коммутация каналов, поскольку сеть с пакетной коммутацией может чередовать трафик различных пар отправитель-получатель на уровне пакетов. Пакетная коммутация позволяет активным отправителям и получателям использовать доступные сетевые ресурсы.

Если сеть загружена слабо, входящий пакет сразу же передается в исходящий канал любым маршрутизатором на его иути. Однако отсутствие выделенного капала приводит к тому, что сеть не всегда имеет достаточно ресурсов, чтобы передать каждый из пакетов к его месту назначения. Многочислениые пары отправитель-получатель могут быть активными одновременно, что ведет к значительной загрузке определенных каналов в сети. Когда канал перегружен, маршрутизатор временно хранит ожидающие пакеты в очереди. При большой перегрузке маршрутизатор может отвергнуть один или несколько пакетов, чтобы избежать переполие- пия очереди. Однако большинство Internet-приложений, таких как Web и передача файлов, не могут допускать потери данных. Более строгие требования этих приложений, казалось бы, противоречат основной парадигме пеиадежиой доставки пакетов. Философия IP не предполагает, что отсутствие гарантии доставки усгроит разработчиков приложений. Средства для решения таких проблем реализуются протоколами трапспортного уровня, работающими на компьютерах отправителя и получателя, а не маршрутизаторами в сети.

Ограничение функциональных возможностей сетевых маршрутизаторов являлось важной целью разработки при создании ARPANET. Договорившись об относительной простоте сети, разработчики ARPANET смогли сосредоточить больше впимаиия на разработке приложений. Кроме того, разработчиков беспокоило, как более сложная сеть будет реагировать на сбои. Аннаратные и программные компоненты IP-сетей не отличались иадежностыо, особепио в сравнении со зрелыми технологиями телефонных сетей. Помимо этого разработчики ARPANET хотели, чтобы сеть продолжала функционировать даже в случае повреждений или злопаме- реипых агак, приводящих к выходу из строя отдельных компонентов. Поздпее, по мере развития ARPANET, а затем и Internet, стало чрезвычайно важпо обеспечить подключение новых маршрутизаторов и капалов без парушепия работы сети. IP-маршрутизаторы автоматически приспосабливаются к изменению топологии сети. Когда маршрутизатор или капал связи выходят из строя, оставшиеся маршрутизаторы рассчитывают новые маршруты, и передача трафика продолжается. Отказавший маршрутизатор не храпит какую-либо важную информацию, которая необходима для поддержания связи между отправителем и получателем. Связь может сохраняться до тех пор, пока не произойдет отказ Компьютера-отнравителя или Компьютера-получагеля, а также пока в сети имеется крайней мере один путь между ними. В самом худшем случае отказ может привести к потере пакетов.

Простота IP способствует тому, что Можно продолжать доставку трафика при наличии временных отказов в сети. Конечные хосты реализуют протоколы трапс- нортиого уровня поверх IP, координируя доставку данных между приложениями. Двумя основными транспортными протоколами являются Transmission Control Protocol (TCP) и User Datagram Protocol (UDP). Оба протокола стандартизованы и реализованы практически во всех операционных системах. TCP предоставляет основную абстракцию, необходимую большинству Internet-приложеиий, — логическое соединение, которое осуществляет гарантированную доставку последовательности байтов от отправителя к получателю в упорядоченном виде. Стандартизованный в 1980 г., TCP обеспечивает основу для протоколов Telnet, FTP, SMTP, NNTP и HTTP. TCP является протоколом транспортного уровня, с помощью которого передается основная часть трафика в Internet. Способность TCP адаптироваться к перегрузке сети имеет важное значение в контексте продолжающегося роста Internet. Подробнее о TCP мы поговорим в разделе 5.2.

UDP обеспечивает простую абстракцию пепадежпой доставки дейтаграмм. Отправляющее приложение инструктирует операционную систему послать набор байтов удаленному приложению. UDP-дейгаграмма посылается в IP-пакете, направляемом принимающей машине. IP-пакег может быть потерян или задержан в сети. Повторная передача потерянной дейтаграммы, если это требуется, должна быть выполнена отправляющим приложением. UDP хорошо подходит для приложений, которые терпимы к потере пакетов. Например, многие мультимедийные приложения передают аудио и видео как поток UDP-пакегов. Потерянный пакет может ухудшить качество аудио- или видеоинформации, воспринимаемой получателем. Однако приложение будет продолжать функционировать. Предоставление отправителю возможности решать, передавать ли данные повгорпо, дает приложению дополнительную гибкость. UDP также используется другими приложениями, которые передают короткие запросы и ответы. Далее в этой главе, в разделе 5.3, будет описапо применение UDP для запросов к DNS. Приложение может повторить свой запрос, если ответ не поступил в течение определенного промежутка времени.

IP является центральным в группе протоколов различных уровней, как это показано на рис. 5.1. Протоколы прикладного уровня, такие как FTP и HTTP, основываются на протоколе транспортиого уровня при доставке сообщений между связывающимися друг с другом хостами. Протоколы прикладного уровня и протоколы транспортного уровня используются для организации связи между хостами. Протокол сетевого уровня обеспечивает доставку отдельных пакетов. Все Inter- net-приложения оспованы на одном, всеобъемлющем протоколе сетевого уровня — Internet Protocol. Протокол сетевого уровня обеспечивает коммупикационпое взаимодействие между отдельными сетевыми компонентами, такими как хосты и маршрутизаторы. IP передает пакеты, использую различные технологии канального уровня, включая Ethernet или SONET. Способность IP согласованно работать с различными протоколами капалыюго и прикладного уровней имеет важное значение для быстрого развития Internet и Web.

Несмотря на преимущества, которые дает иаличие простого протокола сетевого уровня, Решение реализовать траиспортпые протоколы на окоиечиых хостах имеет существенное влияние на производительность. Применение протоколов TCP и UDP совместно с IP подразумевает, что эти протоколы транспортного уровня должпы быть терпимы к задержкам и потерям в IP-сети. На первых порах существования ARPANET большинство приложений было не слишком чувствительно к задержкам. Незначительное увеличение задержки при выполнении пакетного задания на суперкомпьютере или при доставке сообщений электронной почты было не особенно ощутимо для пользователей. Хотя задержка оказывает заметпое влияние на интерактивные приложения, такие как Telnet, небольшое число пользователей в сети ARPANET не ожидали от сети высокой производительности и надежности. Пользователи стали не столь терпимы к низкой производительности по мере развития Internet. Подобпо Telnet, Web является интерактивным приложением. Задержки в доставке Web-содержания раздражают пользователей Web. Кроме того, иовые Internet-ириложепия, такие как Internet-телефопия и мультимедийное потоковое вещаиие, еще более требовательны к производительности сети.

В ответ на эти требования эволюция Internet пошла в сторопу совершенствования поддержки приложений, которые требуют предсказуемой производительности при коммупикационпых взаимодействиях. Новые IP-маршрутизаторы способны дифференцировать трафик от различных пользователей или приложений, чтобы предоставить лучший сервис для части трафика. Например, маршрутизаторы могут оказывать предпочтение пакетам, передающим аудиоинформацию для приложений IP-телефопии, перед пакетами, передающими сообщение электронной почты. Помимо этого, провайдеры Internet могут предоставлять более высокую производительность для клиентов, которые платят больше, за счет клиентов, которые платят мепьше. Со временем Internet в большей стенеии приблизится к традиционной телефонной сети, которая обеспечивает предсказуемый и надежный сервис. Однако имеется значительное противодействие превращению Internet в сеть с коммутацией капалов, поскольку при этом придется пожертвовать простотой и устойчивостью децентрализованной, некоммутируемой сети. Большинство предлагаемых изменений в Internet сохраняет осповпую идею доставки пакетов с помощью IP.

Источник: Web-протоколы. Теория и практика. — M.: ЗАО «Издательство БИНОМ», 2002 г. – 592 c.: ил.

Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через RSS 2.0 ленту. Вы можете оставить ответ, или trackback с вашего собственного сайта.

Оставьте отзыв

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

 
Rambler's Top100