Основные проблемы при организации взаимодействия различных сетей связаны с тем, что эти сети используют различные стен коммуникационных протоколов.

Так как сети создавали большей частью случайным образом, то приобретенные компьютеры и операционные системы (ОС) отвечают, как правило, индивидуальным потребностям групп пользователей.

Если бы в компьютерном мире существовал только один стек протоколов, то у независимых разработчиков сетевого и программного обеспечения не было бы никаких проблем.

К сожалению, в реальном мире компьютерных сетей существует несколько стеков протоколов, уже завоевавших определенное место и не собирающихся его уступать. Существование многих стеков протоколов не несет никаких проблем до тех пор, пока не появляется потребность в их взаимодействии, т. е. потребность в доступе пользователей одной сети к ресурсам другой сети. Общность различных стеков протоколов проявляется только на нижних уровнях: физическом и канальном. Здесь в настоящее время почти нет проблем для взаимодействия, так большинство стеков могут использовать общие протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI. Да и соединение двух компьютеров, использующих на нижнем уровне различные протоколы, а на верхних — одинаковые, не составляет проблемы — эта задача решается аппаратно с помощью транслирующего моста или маршрутизатора. Сложнее обстоит дело с сопряжением сетей, использующих различные протоколы верхних уровней, начиная с сетевого. Задачи согласования протоколов верхних уровней решить труднее из-за большей сложности этих протоколов и их разнообразия — чем большим интеллектом обладает протокол, тем больше у него и граней, по которым он может отличаться от своего собрата по функциональному назначению.
Для организации взаимодействия различных сетей в настоящее время используют два подхода.

Первый подход связан с использованием так называемых шлюзов, которые обеспечивают согласование двух стеков протоколов путем преобразования (трансляции) протоколов (рис. 1, а). Шлюз размещается между взаимодействующими сетями и служит посредником, переводящим сообщения, поступающие от одной сети, в формат другой.

Второй подход заключается в том, что в операционные системы серверов и рабочих станций встраивают несколько мирно сосуществующих наиболее популярных стеков протоколов. Такая технология получила название мультиплексирования стеков протоколов. За счет ее использования либо клиентские запросы используют стек протоколов той сети, к которой относятся нужные серверы, либо серверы подключают стек протоколов, соответствующий поступившему клиентскому запросу (рис. 1, б).

 Рис. 1. Основные варианты согласования протоколов: а трансляция; б — мультиплексирование стеков 

Взаимодействие компьютеров, принадлежащих разным сетям, напоминает общение людей, говорящих на разных языках. Для достижения взаимопонимания они также могут использовать два подхода: пригласить переводчика (аналог шлюза) или перейти на язык собеседника, если они им владеют (аналог мультиплексирования стеков протоколов).

Каждый из подходов имеет свои преимущества и недостатки.

Шлюз согласует коммуникационные протоколы одного стека с коммуникационными протоколами другого стека. Программные средства, реализующие шлюз, нет смысла устанавливать ни на одном из двух взаимодействующих компьютеров с разными стеками протоколов, гораздо рациональнее разместить их на некотором компьютере-посреднике.

Рис. 2 иллюстрирует принцип функционирования шлюза. Шлюз, размещенный на компьютере 2, согласовывает протоколы клиентского компьютера 1 сети А с протоколами серверного компьютера 3 сети В. Допустим, что две сети используют полностью различающиеся стеки протоколов. Как видно из рис. 2, в шлюзе реализованы оба стека протоколов.

  

Рис. 2. Принципы функционирования шлюза

Запрос от прикладного процесса клиентского компьютера сети А поступает на прикладной уровень его стека протоколов. В соответствии с этим протоколом на прикладном уровне формируется соответствующий пакет (или несколько пакетов), в котором передается запрос на выполнение сервиса некоторому серверу сети В. Пакет прикладного уровня передается вниз по стеку компьютера сети А, а затем в соответствии с протоколами канального и физического уровней сети А поступает в компьютер 2, т. е. в шлюз. Здесь он передается от самого нижнего к самому верхнему уровню стека протоколов сети А. Затем пакет прикладного уровня стека сети А преобразуется (транслируется) в пакет прикладного уровня серверного стека сети В. Алгоритм преобразования пакетов зависит от конкретных протоколов и, как уже было сказано, может быть достаточно сложным.

Преобразованный пакет верхнего уровня стека сети В передается к нижним уровням в соответствии с правилами этого стека, а затем по физическим линиям связи в соответствии с протоколами физического и канального уровней сети В поступает в другую сеть к нужному серверу. Ответ сервера преобразуется шлюзом аналогично.

Вторым применяемым в настоящее время на практике подходом является использование в рабочих станциях технологии мультиплексирования различных стеков протоколов.

  

Рис. 3. Мультиплексирование стеков 

При мультиплексировании стеков протоколов на один из двух взаимодействующих компьютеров с различными стеками протоколов помещается коммуникационный стек другого компьютера. На рис. 3 приведен пример взаимодействия клиентского компьютера сети 1 с сервером своей сети и сервером сети 2, работающей со стеком протоколов, полностью отличающимся от стека сети 1. В клиентском компьютере реализованы оба стека. Для того чтобы запрос от прикладного процесса был правильно обработан и направлен через соответствующий стек, в компьютер необходимо добавить специальный программный элемент — мультиплексор протоколов. Мультиплексор должен уметь определять, к какой сети направляется запрос клиента. Для этого может использоваться служба имен сети, в которой отмечается принадлежность того или иного ресурса определенной сети с соответствующим стеком протоколов.

В то время как расположение программных средств, реализующих шлюз, уже было определено — они должны располагаться на компьютере, занимающем промежуточное положение между двумя взаимодействующими машинами, вопрос о размещении средств, основанных на мультиплексировании протоколов, остался открытым. Заметим также, что шлюз реализует двустороннее взаимодействие «многие-ко-многим» (все клиенты могут обращаться ко всем серверам). Рассмотрим все возможные варианты размещения программных средств, реализующих взаимодействие двух сетей, которые основаны на мультиплексировании протоколов.

Введем обозначения: С — сервер, К — клиент, d - дополнительные средства, реализующие возможность переключения клиентов или серверов одной сети на стек протоколов другой сети.

На рис. 4 показаны оба возможных варианта однонаправленного взаимодействия А  → В. В первом случае, когда средства мультиплексирования расположены на клиентских частях, только клиенты, снабженные средствами мультиплексирования протоколов, могут обращаться к серверам сети В. При этом они могут обращаться ко всем серверам сети В. Во втором случае, когда набор стеков расположен на каком-либо сервере сети В, данный сервер может обслуживать всех клиентов сети А. Очевидно, что серверы сети В без средств мультиплексирования не могут быть использованы клиентами сети А.

  

Рис. 4.Варианты размещения программных средств:
а - путем добавления нового стека к клиентам сети A; б – присоединением «добавки» к серверам сети B

Взаимодействие А ← В реализуется симметрично.

Для реализации взаимодействия в обе стороны одновременно существуют четыре возможных варианта, показанных на рис. 5. Каждый вариант имеет свои особенности с точки зрения возможностей связи клиентов с серверами:
1. Средства обеспечения взаимодействия расположены только на клиентских частях обеих сетей. Только для тех клиентов обеих сетей, которые оснащены «добавками», гарантируется возможность связи со всеми серверами из «чужой» сети.
2. Все средства обеспечения взаимодействия расположены на стороне сети А. Все клиенты сети В могут обращаться к серверам сети А (не ко всем, а только к тем, которые имеют сетевую «добавку»). Часть клиентов сети А, которые обозначены как К + d, могут обращаться ко всем серверам сети В.
3. Средства межсетевого взаимодействия расположены только на серверных частях обеих сетей. Всем клиентам обеих сетей гарантируется возможность работы с серверами «чужих» сетей, но не со всеми, а только с серверами, обладающими сетевыми средствами мультиплексирования протоколов.
4. Все средства межсетевого взаимодействия расположены на стороне В. Двусторонний характер взаимодействия обеспечивается модификацией и клиентских, и серверных частей сети В. Все клиенты сети А могут обращаться за сервисом к серверам сети В, обозначенным как С + d, а все серверы сети А могут обслуживать клиентов сети В, обозначенных как К + d.

Рис. 5. Варианты размещения программных средств при двустороннем взаимодействии

Очевидно, что наличие программных продуктов для каждого из рассмотренных вариантов сильно зависит от конкретной пары операционных систем. Для некоторых пар может вовсе не найтись продуктов межсетевого взаимодействия, а для других — можно выбирать из нескольких вариантов.

Возвращаясь к принципам организации взаимодействия сетей, сравним два основных подхода — мультиплексирование протоколов и трансляцию протоколов (шлюзы).

Встроенные в сетевую ОС средства мультиплексирования протоколов дают все преимущества, которые присущи встроенным средствам:
• эти средства не нужно отдельно приобретать;
• они удобны, так как используют тот же интерфейс с пользователем, что и основная система;
• отсутствует проблема обеспечения их совместимости с другими продуктами.

Основным недостатком этого подхода является избыточность.

Хотя средства мультиплексирования обычно позволяют загружать и выгружать по желанию пользователя различные стеки протоколов, но если нужно одновременно работать с тремя различными сетями, то в каждую рабочую станцию необходимо загрузить все три стека одновременно.

Шлюз по своей природе является выделенным сервисом, разделяемым всеми источниками запросов к серверам другой сети. Использование шлюзов обеспечивает следующие преимущества:
• позволяет сосредоточить все функции согласования протоколов в одном месте и разгрузить рабочие станции от дополнительного программного обеспечения, а их пользователей — от необходимости его генерации. Шлюз сохраняет в локальной сети ее родную среду протоколов, что повышает производительность, так как стек протоколов был специально спроектирован для данной операционной среды и наилучшим образом учитывает ее особенности;
• возникающие проблемы легко локализуются. Обслуживающий персонал работает в привычной среде, где можно использовать имеющийся опыт по поддержанию сети. Шлюзы сохраняют различные несовместимые сети в их первозданном виде. Если имеется несколько различных сетей, то для их совместной работы может понадобиться значительное число шлюзов.
Шлюзы работают, как правило, медленно; пользователи замечают уменьшение производительности при обращении к другой сети через шлюз. Шлюз как централизованное средство понижает надежность сети.

В настоящее время в сетях используют большое число стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются следующие: IPX/SPX, TCP/IP, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и ISO. Эти стеки отличаются протоколами верхних уровней, начиная с сетевого, а на нижних уровнях — физическом и канальном — практически во всех стеках, кроме SNA, используются одни и те же протоколы. Это хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру.
В отличие от них протоколы сетевого и более высоких уровней существующих стеков отличаются большим разнообразием и, как правило, не соответствуют рекомендуемому моделью ISO разбиению на уровни. В частности, в этих стеках функции сеансового и представительного уровней чаще всего объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель ISO появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

Стек OSI. Модель взаимодействия открытых систем OSI — это не только концептуальная модель, но и набор вполне конкретных спецификаций протоколов, образующих согласованный стек протоколов.

Этот стек протоколов поддерживает правительство США в своей программе GOSIP. Все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях после 1990 г., должны или непосредственно поддерживать стек OSI, либо обеспечивать средства для перехода на этот стек в будущем. Тем не менее стек OSI более популярен в Европе, а не в США, так как в Европе установлено меньше старых сетей, использующих свои собственные протоколы. В Европе также ощущается большая потребность в общем стеке, так как здесь много стран.
OSI — международный, не зависимый от производителей, стандарт. Он может обеспечить взаимодействие между корпорациями, партнерами и поставщиками. Это взаимодействие осложняется из-за проблем с адресацией и безопасностью данных. Все эти проблемы в стеке OSI частично решены. Стек OSI предусматривает полный набор высокоуровневых сервисов. Однако на сегодняшний день стек OSI полностью не реализован. Протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, делая их более подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных компьютеров.

Стек OSI включает спецификации для всех семи уровней модели взаимодействия открытых систем. На нижних уровнях OSI поддерживает Ethernet, Token Ring, FDDI, а также такие протоколы, как LLC, Х.25 и ISDN. Сервисы сетевого, транспортного и сеансового уровней также имеются в стеке OSI, однако они мало распространены. Сервисы прикладною уровня включают передачу файлов, эмуляцию терминала, службу каталогов и почту. Из них наиболее многообещающими являются служба каталогов и электронная почта. В последнее время ISO сконцентрировала свои усилия именно на сервисах верхнего уровня.

Большинство организаций пока только планируют переход к стеку OSI, и лишь некоторые из них работают над пилотными проектами. Из тех, кто работает в этом направлении, можно назвать Военно-морское ведомство США и сеть NFSNET. Одним из крупнейших производителей, поддерживающих OSI, является компания AT&T. Ее сеть Stargroup полностью базируется па стеке OSI, делая пользователей внутри AT&T крупнейшей в мире инсталляционной базой OSI.