Взаимосвязь компьютерных сетей

Введение

Взаимосоединение различных типов компьютерных сетей

Интернет-взаимодействие – это практика соединения множества компьютерных сетей таким образом, чтобы любая пара узлов в соединенных сетях могла обмениваться сообщениями, независимо от используемых аппаратных сетевых технологий. Полученная система взаимосвязанных сетей называется интернет-сетью или просто интернетом. Наиболее заметным примером интернет-взаимодействия является Интернет – сеть сетей, основанная на множестве базовых аппаратных технологий. Интернет определяется единой глобальной системой адресации, форматом пакетов и методами маршрутизации, предоставляемыми Интернет-протоколом. Термин "интернет-взаимодействие" является комбинацией компонентов "inter" (между) и "networking" (сетевое взаимодействие). Более ранним термином для интернет-сети является catenet – сокращенная форма от (con)catenating networks (конкатенации сетей).

Взаимоподключение сетей

Интернет-взаимодействие, сочетание компонентов inter (между) и сетевых технологий, возникло как способ соединения разнородных типов сетевых технологий, но получило широкое распространение благодаря растущей потребности в соединении двух или более локальных сетей посредством сети передачи данных большой площади. Первой международной сетью для обмена гетерогенными ресурсами стало подключение ARPANET к ранним британским академическим сетям в 1973 году через факультет компьютерных наук Университетского колледжа Лондона (UCL). В ARPANET сетевые элементы, используемые для соединения отдельных сетей, назывались шлюзами, однако этот термин устарел в данном контексте из-за возможной путаницы с функционально различными устройствами. К 1973 году исследователи в Соединенных Штатах, Великобритании и Франции разработали подход к интернет-взаимодействию, при котором различия между сетевыми протоколами скрывались с помощью общего протокола интернет-взаимодействия, и вместо того, чтобы сеть отвечала за надежность, как в ARPANET, ответственность перекладывалась на хосты, что было продемонстрировано в сети CYCLADES. Исследования, проведенные в Национальной физической лаборатории в Великобритании, подтвердили, что использование общего протокола хоста будет более надежным и эффективным. Подключение ARPANET к UCL впоследствии эволюционировало в SATNET. В 1977 году ARPA продемонстрировало трехсторонний эксперимент по интернет-взаимодействию, который связал мобильное транспортное средство в PRNET с узлами в ARPANET и через SATNET – с узлами в UCL. Протокол X.25, на котором базировались общедоступные сети передачи данных в 1970-х и 1980-х годах, был дополнен протоколом X.75, который обеспечивал возможность интернет-взаимодействия. Сегодня соединяющие элементы называются маршрутизаторами. Современное определение интернет-взаимодействия включает в себя соединение других типов компьютерных сетей, таких как сети персонального доступа. Для построения интернет-взаимодействия необходимо следующее: стандартизированная схема для адресации пакетов любому хосту в любой участвующей сети; стандартизированный протокол, определяющий формат и обработку передаваемых пакетов; компоненты, соединяющие участвующие сети путем маршрутизации пакетов к их пунктам назначения на основе стандартизированных адресов. Другой тип соединения сетей часто встречается в организациях на канальном уровне сетевой модели, то есть на аппаратно-ориентированном уровне ниже уровня логических интерфейсов TCP/IP. Такое соединение осуществляется с помощью сетевых мостов и сетевых коммутаторов. Это иногда ошибочно называют интернет-взаимодействием, но полученная система представляет собой просто более крупную единую подсеть, и для прохождения через эти устройства не требуется протокол интернет-взаимодействия, такой как Интернет-протокол. Однако единую компьютерную сеть можно преобразовать в интернет-взаимодействие, разделив ее на сегменты и логически разделив трафик сегментов с помощью маршрутизаторов, а также используя программный уровень интернет-взаимодействия, который используется приложениями. Интернет-протокол предназначен для предоставления ненадежной (негарантированной) пакетной услуги по сети. Архитектура позволяет избежать хранения промежуточными сетевыми элементами какого-либо состояния сети. Вместо этого эта функция возлагается на конечные точки каждой сессии связи. Для надежной передачи данных приложения должны использовать соответствующий протокол транспортного уровня, такой как протокол управления передачей (TCP), который обеспечивает надежный поток. Некоторые приложения используют более простой протокол без установления соединения, протокол пользовательских дейтаграмм (UDP), для задач, которые не требуют надежной доставки данных или требуют обслуживания в реальном времени, таких как потоковое видео или голосовая связь.

Internetworking, a combination of the components inter (between) and networking, started as a way to connect disparate types of networking technology, but it became widespread through the developing need to connect two or more local area networks via some sort of wide area network. The first international heterogenous resource sharing network was the 1973 interconnection of the ARPANET with early British academic networks through the computer science department at University College London (UCL). In the ARPANET, the network elements used to connect individual networks were called gateways, but the term has been deprecated in this context, because of possible confusion with functionally different devices. By 1973 4, researchers in the United States, the United Kingdom and France had worked out an approach to internetworking where the differences between network protocols were hidden by using a common internetwork protocol, and instead of the network being responsible for reliability, as in the ARPANET, the hosts became responsible, as demonstrated in the CYCLADES network. Research at the National Physical Laboratory in the United Kingdom confirmed establishing a common host protocol would be more reliable and efficient. The ARPANET connection to UCL later evolved into SATNET. In 1977, ARPA demonstrated a three way internetworking experiment, which linked a mobile vehicle in PRNET with nodes in the ARPANET, and via SATNET, to nodes at UCL. The X.25 protocol, on which public data networks were based in the 1970s and 1980s, was supplemented by the X.75 protocol which enabled internetworking. Today the interconnecting gateways are called routers. The definition of an internetwork today includes the connection of other types of computer networks such as personal area networks. To build an internetwork, the following are needed: A standardized scheme to address packets to any host on any participating network; a standardized protocol defining format and handling of transmitted packets; components interconnecting the participating networks by routing packets to their destinations based on standardized addresses. Another type of interconnection of networks often occurs within enterprises at the link layer of the networking model, i. e. at the hardware centric layer below the level of the TCP/IP logical interfaces. Such interconnection is accomplished with network bridges and network switches. This is sometimes incorrectly termed internetworking, but the resulting system is simply a larger, single subnetwork, and no internetworking protocol, such as Internet Protocol, is required to traverse these devices. However, a single computer network may be converted into an internetwork by dividing the network into segments and logically dividing the segment traffic with routers and having an internetworking software layer that applications employ. The Internet Protocol is designed to provide an unreliable (not guaranteed) packet service across the network. The architecture avoids intermediate network elements maintaining any state of the network. Instead, this function is assigned to the endpoints of each communication session. To transfer data reliably, applications must utilize an appropriate transport layer protocol, such as Transmission Control Protocol (TCP), which provides a reliable stream. Some applications use a simpler, connection less transport protocol, User Datagram Protocol (UDP), for tasks which do not require reliable delivery of data or that require real time service, such as video streaming or voice chat.

Катенет

Catenet, сокращенная форма от (con)catenating networks, – это устаревшая терминология для системы сетей связи с коммутацией пакетов, соединенных через шлюзы. Эта концепция была представлена в статье 1974 года «Предложение по объединению сетей коммутации пакетов». Пузин был пионером в технологии коммутации пакетов и основателем сети CYCLADES, в то время как термин «сеть» относился к тому, что сейчас называется локальной сетью. Catenet представлял собой идею объединения этих сетей в «сеть сетей» с определением стандартов совместимости адресации и маршрутизации. Постепенно термин «catenet» был вытеснен сокращенной формой термина «internetwork» – «интернет» (с маленькой буквы), когда протокол Интернет заменил более ранние протоколы в сети ARPANET в начале 1980-х годов.

Сетевые модели

Для описания протоколов и методов, используемых в объединении сетей, обычно используются две архитектурные модели. Референтная модель Open System Interconnection (OSI) была разработана под эгидой Международной организации по стандартизации (ISO) и предоставляет строгое описание для организации функций протоколов по уровням – от базового оборудования до концепций программных интерфейсов в пользовательских приложениях. Объединение сетей реализуется в сетевом уровне (3-й уровень) этой модели. Комплекс протоколов Интернета, также известный как модель TCP/IP, не разрабатывался в соответствии с моделью OSI и не упоминается в каких-либо нормативных спецификациях в документах Request for Comments и интернет-стандартах. Несмотря на схожую структуру слоев, он имеет гораздо менее строгую и чётко определённую архитектуру, которая касается лишь аспектов стиля сетевого взаимодействия, сложившегося исторически. Он предполагает наличие любой подходящей аппаратной инфраструктуры, не рассматривая специфические низкоуровневые аппаратные интерфейсы, и то, что хост имеет доступ к локальной сети, к которой он подключен через интерфейс канального уровня. В конце 1980-х и начале 1990-х годов сообщество сетевых инженеров разделилось во мнениях относительно реализации конкурирующих протокольных стеков, что получило название «Войны протоколов». Не было понятно, какая из моделей – OSI или комплекс протоколов Интернета – позволит создать наиболее эффективные и надёжные компьютерные сети.