TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security) - Сидни Фейт

4.7.1 Сжатие в PPP

Может показаться не очень разумным включение одних и тех же октетов адреса и управления в каждый кадр. Партнеры на каждом конце связи PPP могут работать в режиме сжатия (compression) для исключения этих полей.

Значения в поле протокола указывают, является ли содержимое кадра сообщением Link Control или Network Control, либо полезной информацией (например, датаграммой IP). При установке связи по PPP поле протокола имеет длину 16 бит, но далее при пересылке полезной информации его длина может быть сокращена до 8 бит. Следовательно, датаграмма может быть пакетирована более эффективно (см. рис. 4.9).

Рис. 4.9. Кадр PPP в сжатом формате

Еще одной возможностью в PPP является сжатие методом Вана Джекобсона, позволяющее исключить лишние байты, пересылаемые в сеансе TCP. Заголовки IP и TCP вместе имеют длину от 40 байт и более. Сжатие методом Вана Джекобсона уменьшает типичную 40-байтовую комбинацию до 3, 4 или 5 байт. Для этого оба партнера должны сохранять первоначальные заголовки. При изменениях во время сеанса TCP будут пересылаться только измененные значения в заголовках. Поскольку большая часть используемой в заголовках информации имеет статическую природу, объем пересылаемых изменений будет незначителен.

4.8 Дополнительный возможности PPP

Рабочая группа по PPP решила и несколько дополнительных проблем, которые могут возникнуть при использовании связей "точка/точка".

4.8.1 Аутентификация

Протокол PPP часто используется для удаленных коммуникаций и связи мобильного пользователя по коммутируемым соединениям. Коммутируемые соединения (dialup connection) иногда применяются для связи локальных сетей подразделений компании с сетью главного офиса.

Перед тем как разрешить внешней системе соединиться с сетью по коммутируемому соединению, следует провести аутентификацию такой системы. В настоящее время PPP поддерживает два способа аутентификации:

■ Простой протокол аутентификации по паролю (Password Authentication Protocol — PAP). В этом случае используются идентификатор пользователя и его пароль, которые вкладываются в кадры, пересылаемые по связи в процессе ее создания.

■ Протокол аутентификации по взаимной проверке (Challenge Handshake Authentication Protocol — CHAP).

Метод взаимной проверки был рассмотрен в главе 3 и не представляет особых трудностей при изучении. Как показано на рис. 4.10:

1. По связи открытым текстом пересылается имя пользователя.

2. Удаленный партнер отвечает случайным проверочным сообщением.

3. Локальная система вычисляет резюме сообщения (используя содержание сообщения и пароль пользователя как входную информацию) и отсылает обратно ответ.

4. Удаленный партнер на основе пароля выполняет те же самые вычисления и сравнивает полученные результаты.

Рис. 4.10. Взаимная проверка в PPP

Подглядывающий за работой сети злоумышленник будет видеть при каждом установлении соединения различные бессмысленные байты. При использовании 16-байтового пароля практически невозможно определить его, подглядывая за сетевым соединением.

4.8.2 Автоматическое отслеживание качества связи

Часто PPP используется между двумя маршрутизаторами. Иногда со временем ухудшается качество соединения. Было бы неплохо заранее определять опасное состояние связи, для чего предусматривается автоматическое выполнение некоторых операций. Например, маршрутизатор может завершить коммутируемое соединение и провести повторный набор телефонного номера для воссоздания этого соединения. Если аналогичная проблема возникает в выделенной линии, то, возможно, придется временно переключить трафик на резервный канал связи.

В PPP реализован очень простой и эффективный способ проверки качества связи. При мониторинге состояния связи подсчитывается количество посланных и полученных кадров и октетов с учетом игнорируемых и ошибочных. Периодически полученный отчет передается на другой конец связи.

Такие сведения позволяют провести анализ произошедших в связи событий. Например, если за определенный интервал времени было послано 100 000 октетов, а партнер успешно получил только 50 000, то ясно, что со связью не все в порядке.

4.9 Протокол SLIP

Протокол интерфейса последовательной линии связи (Serial Line Interface Protocol — SLIP), созданный до PPP, обеспечивает уже устаревшие методы пересылки датаграмм IP по последовательной линии связи.

SLIP — наиболее примитивный из всех разработанных протоколов. Датаграмма IP просто пересылается по последовательной линии, байт за байтом. SLIP маркирует конец датаграммы специальным разделительным байтом: 11000000 (X'C0). Что же произойдет, когда такой байт появится в самой датаграмме? Передающая часть SLIP использует Esc-последовательность, которую принимающая часть SLIP преобразует обратно в реальные данные:

С0 в данных → DB DC

DB в данных → DB DD

Обычно SLIP используется для соединения компьютеров PC, Macintosh и Unix с сетями IP по коммутируемым соединениям. Отметим, что SLIP не обеспечивает проверки FCS, передавая выявление ошибок на более высокие уровни. SLIP не обеспечивает пересылки никаких протоколов, кроме IP.

Протокол SLIP со сжатием (Compressed SLIP — CSLIP) является улучшенной версией протокола SLIP, производящей сжатие заголовков TCP/IP методом Вана Джекобсона и обеспечивающей лучшую производительность, чем SLIP.

SLIP можно использовать между хостами, хостом и маршрутизатором или между маршрутизаторами. На рис. 4.11 показан коммуникационный сервер, поддерживающий работу неинтеллектуальных терминалов ASCII и коммутируемые соединения с терминалами по SLIP. Для трафика SLIP данное устройство работает как маршрутизатор IP.

Рис. 4.11. Подключение терминала ASCII и соединения SLIP

Наиболее привлекательным свойством SLIP является его широкое распространение. Наиболее неприятное свойство этого протокола состоит в том, что пользователь рабочей станции должен написать сценарий, который будет читать приглашение от коммуникационного сервера и посылать на сервер идентификатор пользователя, пароль и другую информацию в определенном месте выполнения диалога. PPP имеет большую функциональность и не требует использования сценариев, и вследствие этого понемногу вытесняет SLIP.

4.10 Локальные сети

Рассмотрим, как IP и другие протоколы пакетируют кадры для пересылки по локальным сетям. Классическая локальная сеть предполагает следующие свойства:

■ Станции совместно используют физический носитель.

■ Существуют правила управления доступом к носителю (Media Access Control — MAC), определяющие моменты времени, когда станция может пересылать данные.

■ Данные передаются в кадрах.

Начнем с сетей Ethernet, поскольку они предоставляют наиболее простой пример реализации локальных сетей.

4.11 DIX Ethernet

Локальные сети Ethernet первыми смогли передавать датаграммы IP. Компании Digital Equipment Corporation (DEC), Intel Corporation и Xerox Corporation совместно определили исходную спецификацию DIX Ethernet в 1980 г. Пересмотренная версия 2 этой спецификации появилась в 1982 г.

4.11.1 Носители для DIX Ethernet

Традиционным магистральным носителем для данной технологии является узкополосный коаксиальный кабель. Первоначально применялся жесткий полудюймовый кабель с сопротивлением 50 Ом. Позднее стал использоваться тонкий и более гибкий коаксиальный кабель в 1/4 дюйма, названый thinnet (тонкий сетевой) или cheapernet (дешевый сетевой), а еще позднее многие сети перешли на применение витых пар. Скорость передачи сигналов в 10 Мбит/с превалировала достаточно долгое время, однако сейчас доступна скорость пересылки в 100 Мбит/с. Сегодня DIX Ethernet может работать на широкополосных коаксиальных или волоконно-оптических кабелях.

Различия между вариантами Ethernet отражаются в следующей нотации:

[Скорость пересылки данных в Мбит/с][тип носителя][максимальная длина кабельного сегмента в сотнях метров]

Таким образом, 10BASE5 означает узкополосный (baseband) коаксиальный кабель со скоростью передачи данных в 10 Мбит/с и максимальной длиной сегмента в 500 м. Спецификация для тонкого кабеля 10BASE2 означает узкополосный коаксиальный кабель со скоростью передачи данных в 10 Мбит/с и максимальной длиной сегмента в 200 м.

10BROAD36 должна означать широкополосный коаксиальный кабель со скоростью обмена в 10 Мбит/с и максимальной длиной сегмента в 3600 м. Обозначениями для витых пар и волоконной оптики являются 10BASET и 10BASEF соответственно, хотя это и не вполне согласуется с правилами нотации.

4.11.2 Протокол MAC для DIX Ethernet

DIX Ethernet использует простую процедуру MAC с очень длинным названием: множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection — CSMA/CD).