Стек протоколов IPX/SPX

Стек IPX/SPX разработан фирмой Novell для сетевой операционной системы Novell NetWare. Его структура предусматривает наличие множества сетевых сегментов, он эффективен в сложных средах.

Протоколы стека разрабатывались с учетом применения в локальных сетях с небольшими сетевыми ресурсами, но с хорошими физическими коммуникационными средствами. Поэтому эти протоколы не очень хорошо работали в составных сетях с глобальными низкоскоростными связями. В настоящее время, с одной стороны, возросла пропускная способность глобальных сетей, с другой - усовершенствованы протоколы стека. Все это теперь позволяет стеку IPX/SPX успешно конкурировать с другими стеками при создании корпоративных сетей.

Структура комплекта протоколов NetWare представлена на рис. 2.

Рис. 2. Архитектура стека IPX/SPX

Рассмотрим основные протоколы стека.

• IPX (Internetwork Packet Exchange) - протокол межсетевого обмена пакетами. Это основной протокол стека, он соотносится с сетевым уровнем модели OSI;

Протокол IPX, который наиболее широко используется в NetWare, размещается на самом нижнем уровне стека и выполняет для остальной части комплекта сетевые функции. IPX следит за различными сегментами сети и соответствующим образом управляет доставкой данных. Если узел-получатель находится в локальной сети, то данные передаются непосредственно ему, а если в удаленной, то данные передаются для доставки на маршрутизатор. Протокол IPX выполняет и другие функции сетевого уровня, например, инкапсулирование высокоуровневых протоколов, и является единственным протоколом пересылки данных в среде NetWare. IPX, тем не менее, не гарантирует доставку и не предоставляет услуги по коррекции ошибок. Эти функции выполняют транспортные протоколы, SPX и PEP.

Таким образом, протокол IPX выполняет функции адресации, маршрутизации и переадресации в процессе передачи пакетов сообщений. Несмотря на отсутствие гарантий доставки сообщений (адресат не передает отправителю подтверждения о получении сообщения), в 95% случаев не требуется повторной передачи. На уровне IPX выполняются служебные запросы к файловым серверам, и каждый такой запрос требует ответа со стороны сервера. Этим и определяется надежность работы методом дейтаграмм, так как маршрутизаторы воспринимают реакцию сервера на запрос как ответ на правильно переданный пакет.

Еще одна особенность IPX заключается в том, что он определяет размеры пакетов, руководствуясь пропускной способностью среды, к которой он подключен. Хотя минимальная величина IPX-пакета составляет 512 байтов, если два узла непосредственно соединены с Ethernet-сегментом, они пользуются пакетами размером 1024 байта. Если оба узла находятся в кольцевой сети с маркерным доступом, они будут использовать пакеты размером 4096 байта. IPX-маршрутизаторы, однако, всегда конвертируют пакеты обратно в стандартные 512-байтовые. Метод маршрутизации, принятый Novell, позволяет также повышать эффективность передачи данных, ограничивая в пакетах "пустое пространство" путем так называемого разреженного пакетирования. Общую длину пакета можно сократить до размера "конверта" и находящихся в нем данных. Этот метод применяется, в основном, для повышения эффективности работы маршрутизатора.

• SPX (Sequenced Packet Exchange) - протокол последовательного обмена пакетами; обеспечивает надежность передачи данных;
• PEP (Packet Exchange Protocol) - протокол обмена пакетами;
• NCP (NetWare Core Protocol) - основной протокол верхнего уровня. Он обеспечивает работу основных служб сетевой ОС Novell NetWare и объединяет функции всех уровней от транспортного до прикладного модели OSI;

Протокол последовательного обмена пакетами SPX работает на транспортном уровне модели OSI, но имеет и функции, свойственные протоколам сеансового уровня. Он осуществляет управление процессами установки логической связи, обмена и окончания связи между любыми двумя узлами локальной компьютерной сети. После установления логической связи сообщения могут циркулировать в обоих направлениях с гарантией того, что пакеты передаются без ошибок. Протокол SPX гарантирует очередность приема пакетов согласно очередности отправления.

Гарантированная доставка данных обеспечивается благодаря использованию метода "окна". SPX не подтверждает прием каждого пакета, но, пользуясь методом "окна", подтверждает прием всех пакетов, которые поступили в этом окне, а также выполняет коррекцию ошибок, отслеживая последовательность, в которой были приняты пакеты.

Другой транспортный протокол - протокол обмена пакетами PEP - используется исключительно для доставки команд протокола ядра NetWare (NetWare Core Protocol, NCP). NCP содержит словарь команд сетевого ввода-вывода. NCP - сердце серверной системы NetWare. PEP считается частью подсистемы NCP и не документирован.

PEP выполняет функции коррекции ошибок с помощью "таймеров". Когда из PEP посылается пакет, в NCP запускается внутренний таймер, и до получения ответа больше ни один NCP-пакет не посылается. Если время истекает, PEP повторно отправляет пакет, а NCP перезапускает таймер. Такое квитирование и ожидание приводит к крайне неэкономному "расходованию" полосы пропускания NCP, но гарантирует доставку пакетов. В небольших локальных сетях это проходит незамеченным, но в крупных и чрезвычайно сложных сетях производительность может существенно снизиться.

• SAP (Service Advertising Protocol) - протокол оповещения о сервисах; он используется при широковещательных сообщениях, когда узел передает информацию о сетевых службах, которые он может предоставить; здесь же указывается его сетевой адрес.

Протокол оповещения о сервисах SAP "рекламирует" сетевые устройства и ресурсы. SAP выдает информацию о сервера, маршрутизаторах, интеллектуальных принтерах и т.д. Хотя SAP, в принципе, протокол прикладного уровня, он обращается к IPX напрямую. Информацию у SAP получают и другие подпротоколы, в частности, NCP и SPX.

Поскольку NetWare - это сеть, в которой для адресации используются номера устройств, должен быть какой-то способ перевода установленных человеком имен устройств в "реальные" числовые адреса этих устройств. SAP предоставляет эту услугу. Когда появляется программа или сервис, SAP замечает ее и создает соответствующий элемент у себя в таблицах. Хотя такой динамический реестр имен и облегчает жизнь пользователям, на постоянное обновление информации может быть "истрачена" вся полоса пропускания сети, потому что каждое SAP-устройство имеет свои таблицы рассылки. Для пользователей глобальной сети фильтрация SAP-пакетов на маршрутизаторах - хороший способ освобождения солидной части полосы пропускания. SAP можно также имитировать на маршрутизаторах: сервис объявляется, но линии глобальной сети не занимаются передачей SAP-пакетов - передаются только "образы" сервисов.

• RIP (Routing Information Protocol) - протокол маршрутной информации.

Напомним, что IPX - протокол сетевого уровня. Он ничего не знает о других сетях - кроме того, что они существуют. Когда в IPX появляется пакет, предназначенный для удаленной подсети, этот протокол передает его в ближайший маршрутизатор и забывает о нем. Услуги по маршрутизации IPX-пакетов выполняет протокол маршрутной информации RIP. Когда узел впервые включается в сеть, он выдает RIP-запрос, чтобы установить номер сети, в которой он находится.

Если узел подключен к нескольким сетям и конфигурирован как маршрутизатор, он посылает всем узлам сети RIP-изменение и оповещает их о маршрутах, которые может предложить. Маршрутизаторы посылают такие изменения каждые 60 секунд, сообщая другим устройствам, о каких сетях они знают. Если в течение отпущенного времени маршрутизатор RIP-изменение не посылает, он считается выключенным и соответствующая запись удаляется.

IPX-сети не относятся к числу иерархических, т.е. каждый маршрутизатор должен знать, как попасть во все остальные сегменты сети. По мере роста сетей эта схема становится неуправляемым и крайне дорогостоящим способом слежения за удаленными сетями. Novell разработала протокол состояния канала (NetWari Link State Protocol, NLSP), который работает гораздо лучше в очень сложных сетях. Маршрутизаторы не соуществляют непрерывную широковещательную передачу информации обо всех сетях и маршрутизаторах, которые им известны, а рассылают только ту информацию, которая изменилась, что значительно сокращает потребность в полосе пропускания.

Протокол IPX использует адрес, состоящий из номера сети, номера узла и номера сокета. Номер сети назначается на сервере администратором. Номер узла - это его аппаратный адрес (MAC-адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора). Номер сокета идентифицирует приложение, которое передает сообщение по протоколу IPX.

Конфигурирование клиентской части не требует значительных затрат. Адрес узла считывается автоматически из сетевого адаптера узла. Адрес сети узнается из серверных объявлений SAP. Для выяснения адреса маршрутизатора при старте системы клиента посылается сообщение SAP, в ответ на которое имеющиеся маршрутизаторы сообщают свои адреса.