Спосіб передачі даних в мережі із заміщенням мережного та транспортного рівнів універсальною технологією канального рівня

1. Спосіб передачі даних в мережі із заміщенням мережного та транспортного рівнів універсальною технологією канального рівня, який включає використання стандартного формату заголовка кадру Ethernet з полями адрес довжиною в шість байтів, який відрізняється тим, що на всіх рівнях еталонної моделі взаємодії відкритих систем використовуються єдині мережі Е6-адреси довжиною в шість байтів, що надає можливість розміщення Е6адрес замість МАС-адрес у заголовку кадру Ethernet, а також ієрархічною структурою Е6адрес, яка складається з номера мережі та номера вузла мережі, при цьому запобігається необхідність передачі сигналів стосовно відображення адрес різних рівнів еталонної моделі, а також забезпечується можливість суттєвого скорочення адресних таблиць мережних пристроїв завдяки U 2 35773 1 3 35773 них пристроїв (їх мережних адаптерів). Вузол А з мережною адресою ІРА та фізичною адресою МАС А надсилає пакет даних вузлу В з мережною адресою ІРВ та фізичною адресою МАСВ через послідовність к проміжних вузлів (маршрутизаторів) R1, ..., Rk з фізичними адресами МАС1, ..., МАСk у такий спосіб, що пакет інкапсулюється послідовно в Ethernet кадри між сусідніми маршрутизаторами із застосуванням пари адрес одержувача (ІРВ, МАСі), де МАСі - фізична адреса наступного маршрутизотора або кінцевого вузла В. Фізична адреса МАСі поточного маршрутизотора або фізична адреса МАСВ кінцевого вузла В визначається початковим вузлом А або попереднім маршрутизатом МАСі-1 за допомогою спеціальних таблиць відображення протоколу ARP. Сім'я протоколів TCP/IP використовує додатково транспортні протоколи TCP [4] та UDP [5], які відповідають за адресацію застосовувань (клієнтів та серверів) на кінцевих вузлах А і В. Адресу застосування подано цілим числом, яке має назву номер порту. Протокол UDP забезпечує надсилання окремих пакетів без підтверджень. Протокол TCP виконую гарантовану доставку потоків (сегментів) даних через послідовність пакетів на основі процедури ковзного вікна [4]. Такий спосіб передачі даних є повністю виправданим для використання в телекомунікаційних ТСР/ІР-мережах, які застосовують різні технології канального та фізичного рівнів, однак є занадто надлишковим для використання у мережах цілком побудованих на основі однієї універсальної технології канального (та фізичного) рівнів, наприклад Ethernet. Серед недоліків використання такого способу передачі даних у мережах, фізичні та канальні інтерфейси яких організовано тільки з використанням однієї технології (Ethernet), можна відзначити такі: - необхідність подвійної адресації вузлів за допомогою мережних ІР-адрес та фізичних МАСадрес; - необхідність використання додаткових протоколів відображення адрес, таких як ARP/RARP та відповідного додаткового програмного забезпечення або пристроїв; - використання повільних процедур ковзного вікна протоколу TCP з великими таймаутами замість швидких процедур ковзного вікна технології канального рівня (LLC2 для Ethernet); - надлишкові заголовки TCP та IP, які складають мінімально 40 байтів для кожного пакета даних, що особливо критично при передачі даних телефонії; - використання складних пристроїв для маршрутизації пакетів у мережі, які забезпечують подвійну адресацію та відображення адрес, що знижує їх продуктивність; - обмежена кількість мережних адрес (232), яких боргує у глобальних мережах, що вимагає застосування складних методів трансляції адрес. Зазначені недоліки призводять до погіршення показників якості обслуговування (збільшення часу доставки пакету) та зниження продуктивності мереж, а іноді унеможливлює надання деяких послуг, наприклад послуг телефонії, які вимагають обме 4 жений гарантований час доставки порівняльно невеликих пакетів (100 байтів), для яких додаткові заголовки TCP, IP є занадто надлишковими, крім того існуюче обмеження кількості мережних адрес перешкоджає розвитку глобальних мереж. Поставлена задача полягає в розробці способу (моделі) передачі даних із використанням єдиної адресації мережних вузлів тільки за допомогою модифікованих МАС-адрес інтерфейсів технології Ethernet, що дозволяє позбавитися надлишкових протоколів TCP, IJDP, IP і подвійної адресації вузлів мережі та забезпечує передачу даних за менший час та з використанням меншої кількості дій. В запропонованому способі це досягається шляхом впровадження ієрархії МАС-адрес на основі їх розподілення на підмережі та програмного призначення адрес відповідним апаратним інтерфейсам. Технічно задача вирішується шляхом впровадження нової єдиної адреси пристрою, яку названо Е6-адресою, у форматі шості байтів існуючої МАС-адреси інтерфейсу Ethernet. Відповідно до існуючих стандартів [11 МАС-адреса Ethernet (Фіг. 1) не інтерпретується кінцевими та проміжними (комутатор, маршрутизатор) пристроями, а використовується як натуральне число (до 248), що визначає унікальний номер пристрою (за винятком групових та широкомовних адрес зазначених двома першими бітами). Існуюче розподілення МАСадрес на код виробника (перші 3 байта) та номер пристрою (останні 3 байта) не використовується при передачі даних. Крім того, сучасні адаптери Ethernet, комутатори і маршрутизатори дозволяють встановити програмним шляхом нову довільну МАС-адресу. Запропоновано встановити на всіх Ethernet інтерфейсах Е6-адреси замість стандартних МАС-адрес. Адреса Е6 (Фіг. 2) складається із адреси мережі та адреси вузла (хоста). Для додаткового застосування в комунікаційних пристроях використана кількість бітів адреси мережі, що традиційно назвемо маскою. Пропонується запис Е6адреси побайтно через крапку з поданням маски через риску, наприклад 42.53.64.25.172.48/44. Можливе застосування спеціальних адрес: Е6-адреса з усіма бітами адреси вузла рівними нулю є спеціальною адресою усієї підмережі; Е6-адреса з усіма бітами адреси вузла рівними одиниці є спеціальною широкомовною адресою, що адресує усі вузли підмережі. Визначена структура Е6-адреси дозволяє агрегатувати окремі адреси або адреси підмереж під спільною маскою мережі, що надає можливість уникнути розростання кількості індивідуальних адрес пристроїв у адресних таблицях та організувати глобальну мережу з простором адрес, який перевищує простір IP-адрес в 216 разів. Для реалізації запропонованого способу передачі даних необхідне використання спеціальних комутуючи х маршрутизаторів (КМЕ6) з інтерфейсами всіх портів за стандартам Ethernet, робоча процедура (ПроцКМЕ6) яких може бути подана у такий спосіб: - прийняти кадр на певний порт КМЕ6 із застосуванням стандартних способів кодування сигналів Ethernet відповідними інтерфейсами; 5 35773 - вилучити Е6-адресу одержувача з поля першої МАС-адреси кадру; - знайти запис в адресній таблиці з маскою найбільшої довжини, що задовольняє Е6-адресі одержувача кадру, та найменшою метрикою; - визначити номер порту призначення КМЕ6 з запису адресної таблиці; - передати кадр з визначеного порту призначення КМЕ6 із застосуванням стандартних способів кодування сигналів Ethernet відповідними інтерфейсами. Запис адресною таблиці складається з Е6адреси, маски, номеру порту, метрики та додаткової інформації. Для ефективності роботи всі термінальні пристрої підключені до КМЕ6 мають Е6адреси під однією спільною маскою Е6 мережі. Для визначення цієї мережі можливе застосування першого запису адресної таблиці з недійсним номером порту, наприклад 0 та метрикою 0. Можливе застосування запису 0.0.0.0.0.0/0 для адресації всіх невідомих Е6-адрес. Мережа передачі даних складається з підключених один до одного КМЕ6, та термінальних пристроїв, підключених до вільних портів КМЕ6. Процедура передачі даних від певного застосування ТА вузла А з адресою Е6А та номером порту РА певному застосуванню РВ вузла В з адресою Е6В та номером порту РВ подається у такий спосіб: - використати Е6-адреси замість IP- та МАСадрес; - на вузлі А обрати LLC1 Ethernet при визові UDP, обрати LLC2 Ethernet при визові TCP; - сформувати кадр (кадри) Ethernet з Е6В замість МАС-адреси одержувача та Е6А замість МАС-адреси відправника та додатковим заголовком НР2 (Фіг. 3), який містить пару номерів РВ, РА портів застосувань; - передати кадр до підключеного КМЕ6 із застосуванням стандартних способів кодування сигналів Ethernet відповідними інтерфейсами; - виконати доставку кадру через послідовність проміжних КМЕ6 згідно до ПроцКМЕ6 поданою раніше; - прийняти кадр в кінцевому вузлі В із застосуванням стандартних способів кодування сигналів Ethernet відповідними інтерфейсами; - вилучи ти номери портів РВ, РА із додаткового заголовка НР2; - при використанні LLC1 Ethernet передати дані кадру програмам застосування ТВ, які чекають на порту РВ пакет UDP, при використанні LLC2 Ethernet передати дані кадру програмам застосування ТВ, які чекають на порту РВ сегмент TCP. Одним з можливих варіантів застосування запропонованого способу передачі даних у глобальних мережах є розробка додаткових протоколів доменних імен DNS-E6, динамічної маршрутизації RIP-E6, OSPF-E6, BGP-Е6, автоматичного призначення Е6-адрес вузлів DHCP-E6 аналогічних до відповідних стандартних протоколів сім'ї TCP/IP для забезпечення використання імен замість Е6адрес, динамічної розбудови адресних таблиць КМЕ6, автоматичного призначення Е6-адрес підмережам та вузлам відповідно. При використанні застосуваннями прикладного рівня стандартних 6 доменних імен запропонований спосіб передачі даних на основі Е6-адрес буде прозорим для кінцевого користувача мереж. Крім того, запропонований спосіб вимагає лише незначних змін у програмах прикладного рівня пов'язаних з розширенням адрес з 4 до 6 байтів. Переваги запропонованого способу передачі даних полягають в: - застосуванні єдиної системи Е6-адрес у всій мережі, що дозволяє уникнути подвійної адресації та процедур відображення адрес при інкапсуляції пакетів в кадри Ethernet на телекомунікаційних пристроях; - можливості уникнути застосування іншої інформації окрім заголовку кадрів Ethernet (який залишається незмінним) при маршрутизації пакетів на телекомунікаційних пристроях (КМЕ6); - спрощенні алгоритмів роботи телекомунікаційних пристроїв (КМЕ6) завдяки використанню лише номера фізичного порту як єдиного ідентифікатора інтерфейсу; - скороченні об'єму службової інформації заголовків пакетів мінімально на 40 байтів завдяки фактичному анулюванню протоколів TCP, UDP, IP; - зменшенні кількості операцій обробки пакета в процесі його доставки та відповідно зменшенні часу передачі пакету через мережу між кінцевими вузлами, що з умовлює підвищення ефективності обміну інформацією в мережі; - уникнути використання повільних процедур ковзного вікна протоколу TCP завдяки безпосередньому використанню аналогічних швидких процедур канального рівня LLC2 Ethernet і у такий спосіб прискорити передачу потоків даних; - розширити простір адрес мережі в 2 16 рази порівняльно з ІР-адресами. Перелік фігур креслення: Фіг. 1 - Формат стандартного кадру Ethernet. Фіг. 2 - Формат єдиної мережної адреси Е6. Фіг. 3 Формат додаткового заголовку НР2. Умовні позначення: (Фіг. 1) 1 преамбула 2 обмежник початку кадру 3 адреса одержувача кадру 4 адреса відправника кадру 5 довжина або тип 6 додаткові заголовки та дані кадру 7 заповнювач 8 контрольна послідовність кадру 9 розширення кадру Умовні позначення: (Фіг. 2) 1 номер (адреса) мережі (підмережі) 2 номер (адреса) вузла в мережі 3 маска - кількість бітів адреси мережі Умовні позначення: (Фіг. 3) 1 номер порту застосування одержувача 2 номер порту застосування відправника Джерела інформації: 1. IEEE Standard for Information technology Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements. Part 3: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications. LAN/MAN Standards Committee of the IEEE Com 7 35773 puter Society, Approved 9 June 2005, IEEE-SA Standards Board IP, 417p. 2. J. Postel Internet Protocol. - RFC 791, September 1981, 45p. 3. С Hornig A Standard for the Transmission of IP Datagrams over Ethernet Networks. - RFCJS94, April 1984, 3p. Комп’ютерна в ерстка Д. Шев ерун 8 4. J. Postel Transmission: Control Protocol - FRC 793, September 1981, 85p. 5. J. Postol User Datagram Protokol - FRC 768, August 1980, 3p. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601