Стандарты и коммуникационные протоколы
Эволюция логической архитектуры межмашинных коммуникаций в составе информационно-вычислительных сетей, т.е. число выделяемых уровней иерархии, услуги и функции уровней, коммуникационные протоколы и единицы данных на уровнях, привела к развитию ряда корпоративных и открытых архитектур. При этом главным направлением стандартизации в этой области является стандартизация коммуникационных протоколов, группируемых в стеки, которые реализуют конкретную коммуникационную модель.
Наиболее популярными сейчас являются стеки TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, SNA, ATM и OSI.
Стек OSI
Терминологически стек OSI следует отличать от модели ISO/OSI, которая является концептуальной основой взаимосвязи открытых систем. Стек OSI представляет собой набор вполне определенных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью соответствует семиуровневой модели OSI. На нижних уровнях (физическом и канальном) стек включает спецификации протоколов локальных (LAN - Local Area Network) сетей 802.3 (Ethernet), 802.5 (Token Ring), FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100 VG Any LAN, а также глобальных сетей ISDN, PSDN, PSTN [4.7]. Специфицированы и разработаны протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровня стека OSI, но они мало распространены. Наиболее популярными протоколами стека являются прикладные протоколы. К ним относятся протоколы: ISO 8571 (FTAM-File Transfer Access and Management), ISO 9040 (Virtual Terminal), x.500 (Directory Services), X.400 (Message Handling Services) и ряд других. Из-за своей сложности протоколы OSI требуют использования высокопроизводительных машин и малопригодны для сетей персональных компьютеров. Стек OSI поддерживается правительствами США и Великобритании по программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях, должны поддерживать стек OSI.
Стек TCP/IP
В стеке TCP/IP определены четыре уровня. Каждый из них участвует в решении основной задачи - организации надежной и производительной работы составной сети (например, Internet), части которой построены на основе разных сетевых технологий.
Уровень сетевых интерфейсов (рис. 4.9) в стеке не регламентируется, но он поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней для локальных и глобальных сетей (рис. 4.10). В их числе имеется спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня.
(рис 4.10) Уровневые компоненты сетевых архитектур, отображенные на модели ISO/OSI(рис 4.9) Три стека протоколов, отображенные на модели ISO/OSIУровень межсетевого взаимодействия реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединений, не предусматривающую обмен управляющей информацией (обеспечивающей синхронизацию) до начала передачи данных. Основным протоколом уровня является протокол IP (Internet Protocol), являющийся дейтаграммным, т.е. не гарантирующим доставку пакетов до узла назначения.
К этому уровню относятся также протоколы маршрутизации RIP, OSPF и др., межсетевых управляющих сообщений (об ошибках) ICMP (Internet Control Message Protocol), разрешения адреса ARP (Address Resolution Protocol).
На транспортном уровне основным является протокол TCP (Transmission Control Protocol), служащий для надежного, сопровождаемого проверкой обмена данными между хост-компьютерами сети. Протокол UDP (User Datagram Protocol) обеспечивает предоставление прикладным программам транспортных услуг и выполняет функции мультиплексора между протоколом IP и многочисленными службами прикладного уровня.
Прикладной уровень объединяет службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям (рис. 4.10). К ним относятся упрощенный протокол управления сетью SNMP, протокол передачи файлов FTP (использует функции протокола ТСР), простой протокол передачи электронной почты SMTP, протокол эмуляции удаленного терминала Telnet, в том числе специальная версия TN 3270 протокола Telnet, ориентированная на работу с мэйнфреймами IBM, и др. Этот уровень постоянно расширяется за счет присоединения новых служб, например, передачи гипертекстовой информации НТТР и т.д.
В TCP/IP-сетях данные перемещаются между портами взаимодействующих компьютеров. Порт представляет собой адрес, который идентифицирует приложение на передающей или принимающей стороне. Всем портам присваиваются уникальные 16-разрядные номера из диапазона 0-65535. Некоторые номера протокольных портов стандартизированы, их выделение пользователям контролирует IANA (Internet Assigned Numbers Authority).
Комбинация IP-адреса и номера порта называется сокетом. Сокет идентифицирует отдельный сетевой процесс для Internet в целом. Для определения соединения в ориентированных на логическое соединение протоколах, таких как TCP, требуется два сокета: один в передающей системе, другой - в принимающем хосте.
Стек SNA
SNA (Systems Network Architecture) является патентованной архитектурой компании IBM, созданной в 1974 году в соответствии с иерархической моделью построения сетей, которой в то время придерживалась IBM. В эту иерархию включились мэйнфреймы (хост), коммуникационные контроллеры, кластерные (групповые) контроллеры и терминалы [4.8].
Уровневая архитектура и основные протоколы стека SNA в сопоставлении с архитектурой ISO/OSI представлены на рис. 4.9, 4.10. Как видно, модель SNA напоминает модель ISO/OSI. Но функции в ней сгруппированы по-другому.
Верхний уровень службы транзакций (Transaction Services) обеспечивает средства приложений для распределенной обработки и управления сетью. К прикладным протоколам относятся:
DIA (Document Interchange Architecture) - определяет стандарты обмена документами между разнородными вычислительными системами; координирует передачу файлов, поиск документов и их хранение;
SNADS (SNA Distributed Service) - управляет распространением документов и сообщений (инфраструктура для распространения электронной почты);
DDM (Distributed Data Management) - обеспечивает прозрачный удаленный доступ к файлам за счет механизма перенаправления запросов.
Уровень службы представления данных (Presentation Services) выполняет часть функций шестого уровня модели ISO/OSI (трансляция данных) и частично седьмого по административному управлению совместного использования ресурсов и синхронизации операций.
Уровень управления потоком данных (Data Flow Control) по своим функциям в основном соответствует сеансовому уровню модели ISO/OSI. Он управляет диалогами, обработкой запросов и ответов, групповых сообщений и прерыванием потока данных по запросу.
Уровень управления передачей (Transmission Control) выполняет функции транспортного уровня ISO/OSI по управлению передачей данных в пределах установленных сессий и некоторые функции (шифрование/дешифрование и др.) шестого уровня.
Уровень управления маршрутом (Path Control) определяет функции, в основном входящие в сетевой уровень модели ISO/OSI, а также включает в себя управление потоками данных (в модели ISO/OSI это функция канального уровня).
Уровень звена данных (Data Link) почти аналогичен второму уровню эталонной модели и совместим с ним по используемому протоколу, так как протоколы 802.2 и SDLC входят в семейство оригинального протокола HDLC.
На этих уровнях располагаются протоколы:
APPC (Advanced Program-to-Program Communication) - выполняет функции сеансового и транспортного уровней ISO/OSI; на сеансовом уровне обеспечивает администрирование сеанса и трансляцию синтаксиса файлов, а на транспортном - организацию последовательностей сегментов и сквозное управление потоком данных.
CICS (Customer Information Control System) - инструментальное средство для построения приложений обработки транзакций, организует доступ к распределенной файловой системе, защиту информации, многозадачность и пр.
IMS (Information Management System) - еще одна среда обработки транзакций, подобная CICS, позволяющая нескольким приложениям совместно использовать базы данных и планировать приоритеты транзакций.
TSO (Time Sharing Operation) - обеспечивает интерактивный пользовательский терминальный интерфейс, реализуя одновременную поддержку множества независимых параллельных пользовательских сеансов; каждый пользователь TSO при помощи специальных команд получает возможность выполнять операции над наборами данных, запускать задания и контролировать ход их выполнения, использовать устройства, связываться с другими пользователями и т.п.
Среди них коммуникационные:
APPN (Advanced Peer-to-Peer Networking) - работает на сетевом и транспортном уровнях и обеспечивает одноранговое сетевое взаимодействие между несколькими физическими устройствами (миникомпьютерами, кластерными контроллерами, шлюзами, рабочими станциями и пр.); предусматривает управление окном передач и службу каталогов.
VTAM (Virtual Telecommunication Access Method) - обеспечивает управление, обмен данными и управление потоками данных в сетях SNA; на сеансовом уровне VTAM управляет диалогом и реализует управление сеансом, а на транспортном уровне обеспечивает сквозное управление потоками данных.
NCP (Network Control Program) - протокол управления ресурсами, подключенными к коммуникационным контроллерам; частично выполняет функции сетевого уровня (маршрутизация, шлюзование) и частично - канального уровня (управление доступом к каналу, физическая и логическая адресация, управление потоком данных).
Первый уровень - физический (Physical) подобно модели ISO/OSI определяет характеристики сопряжения со средой передачи данных. Решения этого уровня основаны преимущественно на тех же стандартах и рекомендациях, что и модель ISO/OSI.
Стек ATM
Стек протоколов АТМ формально соответствует нижним уровням модели ISO/OSI и включает уровень адаптации АТМ, собственно уровень АТМ и физический уровень. Прямого соответствия между уровнями протоколов технологии АТМ и уровнями модели ISO/OSI нет.
Уровень адаптации AAL (ATM Adaptation Layer) представляет собой набор протоколов AAL1-AAL5; действует как интерфейс с вышерасположенными уровнями и адаптирован к требованиям различных применений (речь, мультимедиа, данные и т.п.). Рекомендация I.362 определяет четыре класса услуг уровня AAL, зависящих от трех параметров:
временной синхронизации между отправителем и получателем (требуется или не требуется);
скорости передачи (постоянная или переменная);
режима соединения (с установлением или без установления соединения).
Таким образом, уровень AAL поддерживает прикладные программы и в таком качестве очень разнообразен; его операции зависят от характера выполняемых в системе приложений. Уровень AAL выполняет при этом некоторые функции уровней 4, 5 и 7 модели ISO/OSI.
Протокол АТМ занимает в стеке протоколов АТМ примерно то же место, что и протокол IP в стеке TCP/IP, выполняя передачу ячеек через коммутаторы при установленном и настроенном виртуальном соединении, то есть на основании готовых таблиц коммутации портов.
Одноименный уровень несет ответственность за администрирование передачи и приема между узлом пользователя и коммутатором. Уровень выполняет четыре основные функции:
мультиплексирование ячеек в единый поток при передаче ячеек и демультиплексирование при приеме потока;
трансляцию номеров виртуальных путей VPI и соединений VCI;
генерацию заголовков ячеек АТМ при получении данных от уровня AAL;
управление потоком по принятым методам сигнализации.
Уровень АТМ приблизительно соответствует уровням 2 и 3 эталонной модели ISO/OSI [4.9], но имеет функциональные упрощения с целью достижения большей простоты и более высокой производительности сети.
Физический уровень содержит два подуровня: сходимости передачи ТС (Transmission Convergence) и физической среды РМ (Physical Medium). Первый подуровень выполняет функции генерации, формирования и разграничения кадров, генерации контрольной последовательности и корректировки скоростей передачи ячеек.
Подуровень РМ осуществляет передачу битов данных и образует электрический (оптический) интерфейс со средой передачи данных. Рекомендация I.432 определила два стандартных типа подуровня РМ на скоростях 155 и 520 Mb/s (коаксиальный кабель) и 622 Мb/s (оптоволоконный кабель) SDH/SONET. Для локальных сетей компания IBM разработала спецификацию сети АТМ со скоростью 25 Mb/s (витая пара), которая принята АТМ Forum. Имеются и другие физические интерфейсы к сетям АТМ, отличные от SDH/SONET. К ним относятся интерфейсы T1/E1, Т3/Е3 и др.
Комитет АТМ Forum разработал спецификацию, называемую LAN Emulation (LANE, df-lane-0021.000), которая обеспечивает совместимость традиционных протоколов и оборудования локальных сетей с технологией АТМ (канальный уровень). Спецификация LANE определяет способ преобразования кадров и адресов МАС-уровня традиционных технологий локальных сетей в ячейки и коммутируемые виртуальные соединения технологии АТМ, а также способ обратного преобразования. Ввиду того, что спецификация определяет только канальный уровень взаимодействия с помощью коммутаторов АТМ и компонентов эмуляции LAN, можно образовать только виртуальные сети, а для их соединения необходимо использовать маршрутизаторы.
Средства поддержки информационных сетей
Традиционным для семейств серверов компании IBM было использование встраиваемых аппаратных и программных средств как для решения задач обеспечения полномасштабных коммуникаций внутри групп географически разделенных серверных систем, поддерживающих разнообразные предложения, так и для полнофункционального взаимодействия с компьютерными сетями.
В качестве примера можно сослаться на функцию операционной системы S/390 LANRES (LAN Resource Extention and Services), которая реализует централизованные функции администрирования LAN, допуская взаимодействие с другими серверами, например, с Nowell NetWare LAN Server, в составе гетерогенных сетей. Благодаря программе LANRES система S/390 становится LAN-сервером и разделяет его ресурсы (дисковую память, принтеры и др.) с другими серверами и персональными компьютерами локальной сети. LANRES также позволяет администратору LAN создавать (уничтожать) учетные данные пользователей, устанавливать приоритеты и привилегированный доступ с консоли S/390. LAN-администратор может распределять обновленные программы и данные от компьютера с S/390 на любой сервер LAN.
Другим известным решением является коммуникационный компонент (включен в состав ОС в 1998 г.) операционной системы S/390 e Network Communication Server for MVS/ESA, который ранее был известен как VTAM и TCP/IP for MVS/ESA, представляющий передовое программное обеспечение для связи серверов с сетевыми сегментами на основе технологий TR (Token Ring), GbE (Gigabit Ethernet), FENET (Fast Ethernet), ATM, FDDI и др. Этот сервер и VTAM V4R2 обеспечивают целостное многоуровневое сопряжение в равноранговых сетях благодаря полной поддержке APPN.
Новым элементом развития фирменной архитектуры SNA является открытый стандарт высокопроизводительной маршрутизации HPR (High Performing Routing), который обеспечивает усовершенствованную маршрутизацию, сетевую динамику и производительность. Средства APPN/HPR снижают или вовсе исключают необходимость многих сетевых установок. Функция HPR позволяет управлять (без прерывания) перемаршрутизацией SNA-сессий в случае каких-либо сетевых ошибок. HPR-поддержка в системах S/390 и zSeries включает также управление работой АТМ сетей непосредственно под ОС S/390 и z/OS через OSA-адаптеры. В случае использования HPR каждый класс сервиса сетей SNA может быть динамически отображен на классы сервиса сетей АТМ, позволяя всем SNA-приложениям эксплуатировать преимущества АТМ-сетей.
С включенной функцией Any Net/MVS SNA-приложения исполняются поверх TCP/IP-сетей, открывая пользователям TCP/IP доступ к этим приложениям (APPC, принтеры, эмуляторы), а продукт Enterprise Extender (на платформах IBM) предлагает аналогичное решение.
Наиболее популярным решением для организации подключения серверов IBM к сетям конечных пользователей (LAN и WAN) было в недавнем прошлом применение коммуникационных контроллеров IBM 3745 и IBM 3746, подключаемых к каналам типов ESCON и FICON.
Контроллеры IBM 3745 и IBM 3746
Контроллер включает множество процессоров, главную и дисковую память, свое программное обеспечение ACF/NCP (Advanced Communication Function/Network Control Program). Семейство контроллеров состоит из четырех моделей: 170, 170А, 31А и 61А. Локальный контроллер с одной стороны подключается к каналу ввода/вывода, а с другой - к модемам, каналам связи, терминалам, LAN и т.п. [4.10]. Он может участвовать в APPN/HPR-сети, создавая в комплексе с сервером S/390 одиночный APPN-сетевой узел. Это объединение называют CNN (Composite Network Node).
Устройство IBM3746 (модели 900 и 950) улучшает характеристики коннективности IBM3745, в том числе за счет включения трех типов адаптеров: адаптера канала связи с процессором и интерфейсными соединителями (до четырех соединителей), ESCON-канального адаптера с процессором и соединителем, TR-адаптера с процессором и соединителями (одним или двумя). Таким образом, эта модель может существенно повысить общую производительность в сравнении с IBM 3745 за счет исполнения функций канального управления (взамен операций ACF/NCP). Устройство поддерживает функции сетевого узла APPN или смешанных сетей. Модель 950 контроллера IBM 3746 вводит новую платформу для APNN/HPR сетевых узлов и реализует полную стандартную функцию IP-маршрутизации. Кроме того, она может выполнять роль SNA-маршрутизатора трафика и действовать как узел сети Frame Relay. Таким образом контроллер поддерживает распределенные многопротокольные сети.
Представленные семейства контроллеров все еще коммерчески доступны, но их практическая полезность снижается ввиду предпочтений, отдаваемых OSA-2 и OSA-Express, которые разработаны как средства сопряжения для серверов ряда S/390 и z900. Адаптеры обеспечивают коннективность с LAN, MAN-магистралями, высокоскоростными рабочими станциями, интеллектуальными концентраторами, мостами и маршрутизаторами в гетерогенной среде. OSA-2 (введен в 1995 г.) поддерживает связность с сетями SNA Passthru, TCP/IP Passthru, FDDI, TR, Ethernet (10 и 100 Мбит/с), а OSA-Express (1999 г.) дополняет этот перечень на АТМ и LAN-Emulation АТМ.
Кроме того, новой и уникальной возможностью серверов z900 является Hiper Socket, реализующей так называемую сеть TCP/IP внутри системы. Это обеспечивает высокоскоростную коннективность <любой каждый-с-каждым> между Linux и z/OS образами внутри одиночной системы Z900.
Адаптеры OSA-2
Адаптеры OSA обеспечивают непосредственную коннективность приложений SNA/APPN/HPR и TCP/IP с множеством LAN и WAN. Они реализованы в аппаратной форме и представлены в структурных списках подсистем ввода/вывода серверов z900 и 9672 G5/G6 как тип канала, а для программных приложений - как подключенное канальное устройство. Включают в качестве элемента системной поддержки программное средство OSA/SF (Open Systems Adapter Support Facility). Этот продукт позволяет заказчикам адаптировать OSA-2 к работе в различных режимах, включает инструменты для конфигурирования и управления OSA-2, а также загрузки программных обновлений для поддерживаемых приложений. Исходная конфигурация OSA-2 выполняется изготовителем, а ее смена осуществляется средствами OSA/SF.
В режиме LPAR порты адаптера могут совместно использоваться любыми или всеми логическими разделами сервера (разделение портов). Использование системы OSA/SF позволяет конфигурировать OSA-2 в несколько режимных классов [4.11]:
режим TCP/IP Passthru (режим ретранслирования передаваемых данных без разделения портов); в этом режиме порт OSA-2 передает TCP/IP LAN трафик к/от только одного TCP/IP хоста или LPAR;
режим TCP/IP Passthru (с разделением портов) - передача TCP/IP трафика к/от более чем одного хоста между множественными LPAR;
SNA режим (без разделения портов) - передача SNA LAN-трафика к/от только одного LPAR;
SNA режим (c разделением портов) - передача SNA LAN-трафика к/от множественных LPAR;
смешанный режим TCP/IP и SNA (с разделением портов) - передача TCP/IP SNA-трафика к/от множественных LPAR;
смешанный режим TCP/IP и SNA для спецификации ATM LANE - в этом режиме один физический АТМ-порт может быть сконфигурирован в два логических порта, эмулирующих локальные сети Ethernet или TR; каждый логический порт может быть далее сконфигурирован для поддержки TCP/IP или SNA-трафика (или обоих), передавая LAN-трафик к/от множественных LPAR;
режим поддержки протокола Classical IP (согласно документу RFC1577) - в этом режиме OSA-2 АТМ поддерживает постоянные (PVC) и коммутируемые (SVC) виртуальные каналы для APPN и TCP/IP-соединений.
На рис. 4.11 представлены некоторые возможности подключения серверов к сетевым сегментам с использованием средства OSA-2.
(рис 4.11) Подключение серверов к сетевым сегментам с использованием OSA-2Практически два типа сетевых средств связи на основе OSA-2 доступны к использованию на серверах 9672 G5/G6 и z900: OSA-2 ENTR (Ethernet/Token Ring) и OSA-2 FDDI.
Подключение к другим типам сетевых технологических решений связывается с заменой OSA-2 на OSA-Express. В случае OSA-2 ENTR порты устройства могут быть сконфигурированы в следующих вариантах: два порта Ethernet на скорости 10 Мбит/с, два порта Token Ring (4 Мбит/с и 16 Мбит/с), один порт Ethernet (10 Мбит/с) и один - Token Ring (4 Мбит/с и 16 Мбит/с). OSA-2 FDDI имеет один порт (100 Мбит/с), допускающий одиночное или двойное подключение к кольцу, а также подключение к коммутатору режима обхода (bypass) кольца. В таблице 4.1 представлены допустимые форматы и параметры кадров локальных вычислительных сетей, подключаемых к серверам посредством OSA-2 (OSA-2 и OSA-Express).
Описание параметров кадров для поддерживаемых LAN-протоколов средствами OSA
| Тип кадра | Протокол локальной сети (LAN), канальный уровень | Производительность сети (Мбит/с) |
|---|
FDDI 802.3
FDDI SNAP
|
IEEE 802.2 LAN MAC (используя 802.2 конверт)
ANSI X3T9.5 протокол
FDDI SNAP (используя SNAP-конверт)
|
100 |
Ethernet v.2.0
Ethernet 802.3
Ethernet SNAP
|
IEEE LAN MAC (802.3, используя конверт 802.2)
(используя конверт DEC Ethernet v.2.0)
IEEE 802.3 CSMA/CD (802.3, используя конверт 802.2)
|
10 или 100 |
Token Ring
Token Ring SNAP
|
IEEE 802.2 LAN MAC
IEEE 802.5 MAC (802.5, используя 802.2 конверт)
Token Ring SNAP
(802.5, используя конверт 802.2 c SNAP)
|
4 или 16
|
| 155 АТМ |
Спецификация интерфейса АТМ Forum UNI
(пользователь - сеть)
v.3.0 и 3.1 с протоколом сигнализации Q.2931 для
Ethernet и Token Ring, ATM LANE v.1.0
|
155 |
Заметим, что заголовок SNAP (SubNetwork Access Protocol - протокол доступа к подсетям) представляет собой дополнение к заголовку кадра LLC (Logical Link Control - управление логическим каналом), поэтому он допустим не только в кадрах Ethernet, но и в кадрах других технологий IEEE 802. Например, протокол IP всегда использует структуру заголовков LLC/SNAP при инкапсуляции в кадры протоколов локальных сетей: FDDI, TR, Ethernet, GbE и др.
Адаптеры OSA-Express
Семейство адаптеров OSA-Express - GbE, FENET, TR и АТМ - представляет новое (после OSA-2) поколение средств сопряжения серверов zSeries с компьютерными сетями (рис. 4.12). Они имеют существенно расширенную функциональность, более высокую производительность и надежность.
(рис 4.12) Подключение серверов к сетям с использованием OSA-ExpressКаждый адаптер имеет один порт для серверов 9672 G5/G6 и два порта для серверов zSeries, которые непосредственно могут быть подключены к LAN или АТМ-сетям. Порты адаптеров определены в IOCP (Input/Output Configuration Program) и идентифицируются с помощью идентификаторов канальных путей CHPID (гл. 2).
Различные типы адаптеров OSA-Express поддерживают либо QDIO либо non-QDIO режимы работы (соответственно, режимы прямого буферизированного доступа и без него). В табл. 4.2 приведены базовые возможности использования этих режимов.
Базовые режимы работы адаптеров OSA-Express
| Тип адаптера (скорость канала доступа) | Тип CHPID | Поддержка SNA/APPN/HPR-трафика | Поддержка TCP/IP-трафика |
|---|
| GbE 1 Гбит/с |
OSD(QDIO) |
- |
+ |
| FENET 10/100 Мбит/с |
OSD(QDIO) |
- |
+ |
| OSE(non-QDIO) |
+ |
+ |
| 155 ATM LANE |
OSD(QDIO) |
- |
+ |
| 155 Мбит/с |
OSE(non-QDIO) |
+ |
+ |
| 155 ATM Native |
OSE(non-QDIO) |
+ |
+ |
| 155 Мбит/с |
| Token Ring |
OSD(QDIO) |
- |
+ |
| 4/16/100 Мбит/с |
OSE(non-QDIO) |
+ |
+ |
Перечислим ключевые характеристики, связанные с применением OSA-Express:
Поддержка стандартов локальных сетей TR, GbE, FENET и сетей АТМ.OSA-Express GbE, как видно из табл. 4.2, непосредственно поддерживает только трафик TCP/IP. В то же время допустима транспортировка SNA-трафика поверх TCP/IP (SNA over IP) при использовании средств TN3270 Server или расширителя Enterprise Extender. Поддерживает дуплексную передачу данных с раздельными путями записи и чтения и использует два типа кадров Ethernet: IEEE 802.3 и Ethernet v.2.0 (DIX). Во втором случае допускается расширенный формат до 8992 байтов (Jumbo frame) в сравнении с классическим 1518 байтов.
OSA-Express FENET обеспечивает непосредственную связь с сетями Ethernet на 10 Кбит/с и 100 Мбит/с в полудуплексном и полнодуплексном режимах, поддерживает режим автопереговоров с подключенным коммутатором Ethernet. Если коммутатор не включает режим автопереговоров, то порт по умолчанию реализует скорость 100 Мбит/с и полудуплексный режим. В то же время оба средства (порты OSA и коммутаторы) должны иметь одинаковые установки при отсутствии режима автопереговоров, что явно обеспечивается программным инструментом управления OSA/SF.
OSA-Express TR при начальной инициализации работает на скорости 16 Мбит/с. Может параллельно поддерживать TCP/IP- и SNA-трафик при конфигурировании в режим non-QDIO.
OSA-Express АТМ может быть одновременно сконфигурирован для ATM LANE (TR или Ethernet) или АТМ Native. Во втором случае каждый физический порт адаптера поддерживает виртуальное соединение между сервером и сетью АТМ Native. Для режима АТМ LANE два эмулируемых порта адаптера могут быть определены в два отдельных соединения к эмулируемым сетям, создавая два эмулируемых клиента (LECs - LAN Emulation Clients). Эмулируемый порт представляет собой виртуальное соединение между сервером и сетями Ethernet или TR, обеспечивая LEC-сервисы для SNA и IP-клиентов. Каждый порт OSA-Express АТМ соединяется с сетями АТМ посредством либо многомодового (62,5 микрон или 50 микрон для 155 АТМ ММ) либо одномодового (9 микрон для 155 ATM SM) оптоволоконного кабеля с коннекторами типа SC Duplex.Каждый из названных адаптеров имеет два независимых порта, у каждого определен свой идентификатор CHPID. Таким образом, на серверах zSeries может быть реализовано до 24 портов, что снижает потребность в использовании внешних шлюзов.
Применение режима QDIO. При этом микропроцессор OSA-Express непосредственно связывается с коммуникационной программой сервера, используя очереди данных в главной памяти и DMA-доступ к памяти. Все это позволяет резко поднять производительность и эффективность каналов для TCP/IP-трафика. В то же время допускается поддержка и SNA-трафика путем использования функции EE (Enterprise Extender) коммуникационного сервера для z/OS и OS/390. По сути, ЕЕ-функция представляет собой технологию TCP/IP инкапсуляции, которая перемещает SNA-трафик из одной конечной точки сети в другую поверх IP-сети, например, от порта OSA-Express к коммуникационному серверу.Прямой доступ к памяти DMA позволяет перемещать данные непосредственно из микропроцессора OSA-Express в главную память (host-memory). Это сокращает три ступени обработки, которые требовались при использовании ESCON или OSA-2, что резко увеличивает производительность тракта канал-память, так как не вводятся канальные программы чтения и записи, прерывания по вводу/выводу для режима чтения минимизируются, а для режима записи исключаются вообще.
Вспомогательные функции поддержки IP-протокола (IP Assist), реализуемые микрокодами OSA-Express, разгружают функциональный стек TCP/IP по следующим операциям: групповая адресация, широковещательная фильтрация, создание MAC- и LLC-заголовков, сбор статистики при обработке протокола разрешения адресов ARP. Это существенно снижает загрузку хост-системы.
Связь LPAR-в-LPAR через OSA-Express. Доступ к порту может быть разделен между системными копиями, запускаемыми в логических разделах LPAR, в которых канальный путь OSA-Express определен как разделяемый. В этих условиях адаптер может передавать и принимать IP-трафик между LPAR без направления IP-пакетов во внешние сети, т.к. на основе анализа адреса доставки может определить их принадлежность к своему хосту.
Концепция очередей приоритетов (Priority Queueing), реализованная в продукте Service Policy Server (для z/OS и OS/390), позволяет сортировать исходящий трафик IP-сообщений в соответствии с установленной политикой приоритетов (запись в заголовке пакета) Посредством OSA-Express могут быть определены четыре различных уровня приоритетов для TCP/IР-трафика. Например, наивысший приоритет может быть назначен интерактивным коммуникациям, а низший - для трафика пакетной обработки и т.д.
Динамическое построение (модификация) адресной таблицы OSA-Express (ОАТ) упрощает процессы инсталляций и установки конфигураций, исключает дублирование ввода данных и снижает вероятность ошибок ввода и некорректных определений. После активации соответствующего устройства в TCP/IP стеке все IP-адреса, собранные в списке стека IP HOME, загружаются в адаптер, где заполняются строки OAT, а последующие изменения IP-адресов вызовут динамические обновления в таблице.
Еще одним сервисом QDIO архитектуры является повышенная IP-готовность (IPA-IP Availability). После загрузки собственных (home, own) IP-адресов OSA-Express отвечает на ARP-запросы как по своим, так и по виртуальным адресам (VIPA's). На случай отказа адаптера в той же сети имеется резервный адаптер, при этом TCP/IP уведомляет резервный адаптер о том, какой IP-адрес следует заместить, и посылает ARP-извещение, содержащее МАС-адрес резервного адаптера.
OSA-Express поддерживает технологию виртуальных адресов (VIPA) в среде TCP/IP, что позволяет на множестве определенных IP-адресов устанавливать и маршрутизировать (в случае сетевых отказов) отказоустойчивые, резервируемые соединения. Так как VIPA-адрес связан с TCP/IP-стеком, но не с физическим подключением, он может использоваться на любом другом TCP/IP-стеке (VIPA Takeover), позволяя пользователям работать с приложениями через резервный сервер. Как только отказавший стек восстановится, тот же VIPA автоматически перемещается назад (VIPA Takeback).
Гиперсокеты (Hiper Sockets)
Гиперсокеты определены в серверах zSeries как тип канала внутреннего обмена в режиме прямого буферизированного доступа с идентификатором канального устройства IQD (Internet Quenued Direct). Реализация гиперсокетов основана на протоколе OSA-Express QDIO конкретно в форме внутреннего QDIO (iQDIO). Микрокод LIC эмулирует канальный уровень интерфейса OSA-Express QDIO, гиперсокет является функцией сервера zSeries; он осуществляет коммуникации через системную память. Гиперсокеты создают до четырех независимых интегрированных TCP/IP виртуальных локальных вычислительных сетей, доступных в комбинациях логических разделов и виртуальных серверов внутри одного физического сервера zSeries (рис. 4.13).
(рис 4.13) Сервер zSeries с несколькими LPAR и виртуальными серверамиГиперсокеты используются для связи:
FC - собственных Linux-логических разделов LPARs 2, 3 и 4;
FD - Linux LPARs, z/VM гостевых машин и шести различных LPARs-частей двух Sysplex-сред;
FE - LPARs 5, 6 и 7, принадлежащих Sysplex A;
FF - LPARs 8, 9 и 10, принадлежащих Sysplex B.
Виртуальные серверы, соединенные таким образом, формируют виртуальную LAN, где гиперсокеты обеспечивают передачу трафика между виртуальными серверами. Поскольку отсутствует необходимость включения физического каблирования или внешних сетевых соединений между этими серверами, можно создавать конфигурации серверных групп, отличающихся высоким уровнем сетевой готовности, безопасности, управляемости, производительности и низкой стоимостью.
Гиперсокеты, являясь LIC-функцией сервера zSeries, поддерживаются операционными системами: z/OS V1R2, z/OS.e, z/VM V4R2, Linux for zSeries (64-битовый режим) и Linux for S/390 (31-битовый режим).
Другими преимуществами использования гиперсокетов являются:
возможность доступа консолидированных в системе серверов к резидентным корпоративным данным на скорости, соизмеримой со скоростью работы памяти;
возможность существенных вариаций в форматах передаваемого трафика, в то время как максимальные размеры кадров в LAN ограничены существующими стандартами. Максимальный размер кадра для гиперсокета устанавливается при определении его идентификатора CHPID. По умолчанию он составляет 16 Кбайт, но может варьироваться в пределах от 16 до 64 Кбайт.
Средства LIC сервера zSeries поддерживают просмотровую таблицу IP-адресов (lookup table) для каждого гиперсокета. Эта таблица представляет виртуальную локальную сеть. При активации TCP/IP-стека устройство гиперсокета регистрируется в таблице со своим IP-адресом и указателями очередей (по входу и выходу). Устройства гиперсокет TCP/IP конфигурируются подобно устройствам OSA-Express, каждый гиперсокет определяется CHPID подобно другим интерфейсам ввода-вывода и эти числа должны быть выбраны из диапазона 00-FF. Никакой другой I/O-интерфейс эти номера использовать не может.
На рис. 4.14 показаны основные этапы работы гиперсокетов:
Каждая копия TCP/IP стека регистрирует свой IP-адрес в просмотровой таблице гиперсокета. Для каждой виртуальной сети гиперсокета ведется своя таблица.
Адреса приемных буферов стека добавляются в очереди гиперсокетов.
Перед передачей данных гиперсокеты выполняют просмотр таблицы для определения адресов передающего и принимающего стеков и их буферов.
Процессор-отправитель копирует данные из своих буферов в приемные буферы процессора-получателя (память сервера zSeries).
Посылающий процессор выдает (опционально) сигнал прерывания на приемный стек в режиме функции <тонкого прерывания> (thin interrupt), имеющегося в сервере zSeries.
(рис 4.14) Иллюстрация работы гиперсокетов
Стандарты и коммуникационные протоколы
Эволюция логической архитектуры межмашинных коммуникаций в составе информационно-вычислительных сетей, т.е. число выделяемых уровней иерархии, услуги и функции уровней, коммуникационные протоколы и единицы данных на уровнях, привела к развитию ряда корпоративных и открытых архитектур. При этом главным направлением стандартизации в этой области является стандартизация коммуникационных протоколов, группируемых в стеки, которые реализуют конкретную коммуникационную модель.
Наиболее популярными сейчас являются стеки TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, SNA, ATM и OSI.
Стек OSI
Терминологически стек OSI следует отличать от модели ISO/OSI, которая является концептуальной основой взаимосвязи открытых систем. Стек OSI представляет собой набор вполне определенных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью соответствует семиуровневой модели OSI. На нижних уровнях (физическом и канальном) стек включает спецификации протоколов локальных (LAN - Local Area Network) сетей 802.3 (Ethernet), 802.5 (Token Ring), FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100 VG Any LAN, а также глобальных сетей ISDN, PSDN, PSTN [4.7]. Специфицированы и разработаны протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровня стека OSI, но они мало распространены. Наиболее популярными протоколами стека являются прикладные протоколы. К ним относятся протоколы: ISO 8571 (FTAM-File Transfer Access and Management), ISO 9040 (Virtual Terminal), x.500 (Directory Services), X.400 (Message Handling Services) и ряд других. Из-за своей сложности протоколы OSI требуют использования высокопроизводительных машин и малопригодны для сетей персональных компьютеров. Стек OSI поддерживается правительствами США и Великобритании по программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях, должны поддерживать стек OSI.
Стек TCP/IP
В стеке TCP/IP определены четыре уровня. Каждый из них участвует в решении основной задачи - организации надежной и производительной работы составной сети (например, Internet), части которой построены на основе разных сетевых технологий.
Уровень сетевых интерфейсов (рис. 4.9) в стеке не регламентируется, но он поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней для локальных и глобальных сетей (рис. 4.10). В их числе имеется спецификация, определяющая использование технологии ATM в качестве транспорта канального уровня.
(рис 4.10) Уровневые компоненты сетевых архитектур, отображенные на модели ISO/OSI(рис 4.9) Три стека протоколов, отображенные на модели ISO/OSIУровень межсетевого взаимодействия реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединений, не предусматривающую обмен управляющей информацией (обеспечивающей синхронизацию) до начала передачи данных. Основным протоколом уровня является протокол IP (Internet Protocol), являющийся дейтаграммным, т.е. не гарантирующим доставку пакетов до узла назначения.
К этому уровню относятся также протоколы маршрутизации RIP, OSPF и др., межсетевых управляющих сообщений (об ошибках) ICMP (Internet Control Message Protocol), разрешения адреса ARP (Address Resolution Protocol).
На транспортном уровне основным является протокол TCP (Transmission Control Protocol), служащий для надежного, сопровождаемого проверкой обмена данными между хост-компьютерами сети. Протокол UDP (User Datagram Protocol) обеспечивает предоставление прикладным программам транспортных услуг и выполняет функции мультиплексора между протоколом IP и многочисленными службами прикладного уровня.
Прикладной уровень объединяет службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям (рис. 4.10). К ним относятся упрощенный протокол управления сетью SNMP, протокол передачи файлов FTP (использует функции протокола ТСР), простой протокол передачи электронной почты SMTP, протокол эмуляции удаленного терминала Telnet, в том числе специальная версия TN 3270 протокола Telnet, ориентированная на работу с мэйнфреймами IBM, и др. Этот уровень постоянно расширяется за счет присоединения новых служб, например, передачи гипертекстовой информации НТТР и т.д.
В TCP/IP-сетях данные перемещаются между портами взаимодействующих компьютеров. Порт представляет собой адрес, который идентифицирует приложение на передающей или принимающей стороне. Всем портам присваиваются уникальные 16-разрядные номера из диапазона 0-65535. Некоторые номера протокольных портов стандартизированы, их выделение пользователям контролирует IANA (Internet Assigned Numbers Authority).
Комбинация IP-адреса и номера порта называется сокетом. Сокет идентифицирует отдельный сетевой процесс для Internet в целом. Для определения соединения в ориентированных на логическое соединение протоколах, таких как TCP, требуется два сокета: один в передающей системе, другой - в принимающем хосте.
Стек SNA
SNA (Systems Network Architecture) является патентованной архитектурой компании IBM, созданной в 1974 году в соответствии с иерархической моделью построения сетей, которой в то время придерживалась IBM. В эту иерархию включились мэйнфреймы (хост), коммуникационные контроллеры, кластерные (групповые) контроллеры и терминалы [4.8].
Уровневая архитектура и основные протоколы стека SNA в сопоставлении с архитектурой ISO/OSI представлены на рис. 4.9, 4.10. Как видно, модель SNA напоминает модель ISO/OSI. Но функции в ней сгруппированы по-другому.
Верхний уровень службы транзакций (Transaction Services) обеспечивает средства приложений для распределенной обработки и управления сетью. К прикладным протоколам относятся:
DIA (Document Interchange Architecture) - определяет стандарты обмена документами между разнородными вычислительными системами; координирует передачу файлов, поиск документов и их хранение;
SNADS (SNA Distributed Service) - управляет распространением документов и сообщений (инфраструктура для распространения электронной почты);
DDM (Distributed Data Management) - обеспечивает прозрачный удаленный доступ к файлам за счет механизма перенаправления запросов.
Уровень службы представления данных (Presentation Services) выполняет часть функций шестого уровня модели ISO/OSI (трансляция данных) и частично седьмого по административному управлению совместного использования ресурсов и синхронизации операций.
Уровень управления потоком данных (Data Flow Control) по своим функциям в основном соответствует сеансовому уровню модели ISO/OSI. Он управляет диалогами, обработкой запросов и ответов, групповых сообщений и прерыванием потока данных по запросу.
Уровень управления передачей (Transmission Control) выполняет функции транспортного уровня ISO/OSI по управлению передачей данных в пределах установленных сессий и некоторые функции (шифрование/дешифрование и др.) шестого уровня.
Уровень управления маршрутом (Path Control) определяет функции, в основном входящие в сетевой уровень модели ISO/OSI, а также включает в себя управление потоками данных (в модели ISO/OSI это функция канального уровня).
Уровень звена данных (Data Link) почти аналогичен второму уровню эталонной модели и совместим с ним по используемому протоколу, так как протоколы 802.2 и SDLC входят в семейство оригинального протокола HDLC.
На этих уровнях располагаются протоколы:
APPC (Advanced Program-to-Program Communication) - выполняет функции сеансового и транспортного уровней ISO/OSI; на сеансовом уровне обеспечивает администрирование сеанса и трансляцию синтаксиса файлов, а на транспортном - организацию последовательностей сегментов и сквозное управление потоком данных.
CICS (Customer Information Control System) - инструментальное средство для построения приложений обработки транзакций, организует доступ к распределенной файловой системе, защиту информации, многозадачность и пр.
IMS (Information Management System) - еще одна среда обработки транзакций, подобная CICS, позволяющая нескольким приложениям совместно использовать базы данных и планировать приоритеты транзакций.
TSO (Time Sharing Operation) - обеспечивает интерактивный пользовательский терминальный интерфейс, реализуя одновременную поддержку множества независимых параллельных пользовательских сеансов; каждый пользователь TSO при помощи специальных команд получает возможность выполнять операции над наборами данных, запускать задания и контролировать ход их выполнения, использовать устройства, связываться с другими пользователями и т.п.
Среди них коммуникационные:
APPN (Advanced Peer-to-Peer Networking) - работает на сетевом и транспортном уровнях и обеспечивает одноранговое сетевое взаимодействие между несколькими физическими устройствами (миникомпьютерами, кластерными контроллерами, шлюзами, рабочими станциями и пр.); предусматривает управление окном передач и службу каталогов.
VTAM (Virtual Telecommunication Access Method) - обеспечивает управление, обмен данными и управление потоками данных в сетях SNA; на сеансовом уровне VTAM управляет диалогом и реализует управление сеансом, а на транспортном уровне обеспечивает сквозное управление потоками данных.
NCP (Network Control Program) - протокол управления ресурсами, подключенными к коммуникационным контроллерам; частично выполняет функции сетевого уровня (маршрутизация, шлюзование) и частично - канального уровня (управление доступом к каналу, физическая и логическая адресация, управление потоком данных).
Первый уровень - физический (Physical) подобно модели ISO/OSI определяет характеристики сопряжения со средой передачи данных. Решения этого уровня основаны преимущественно на тех же стандартах и рекомендациях, что и модель ISO/OSI.
Стек ATM
Стек протоколов АТМ формально соответствует нижним уровням модели ISO/OSI и включает уровень адаптации АТМ, собственно уровень АТМ и физический уровень. Прямого соответствия между уровнями протоколов технологии АТМ и уровнями модели ISO/OSI нет.
Уровень адаптации AAL (ATM Adaptation Layer) представляет собой набор протоколов AAL1-AAL5; действует как интерфейс с вышерасположенными уровнями и адаптирован к требованиям различных применений (речь, мультимедиа, данные и т.п.). Рекомендация I.362 определяет четыре класса услуг уровня AAL, зависящих от трех параметров:
временной синхронизации между отправителем и получателем (требуется или не требуется);
скорости передачи (постоянная или переменная);
режима соединения (с установлением или без установления соединения).
Таким образом, уровень AAL поддерживает прикладные программы и в таком качестве очень разнообразен; его операции зависят от характера выполняемых в системе приложений. Уровень AAL выполняет при этом некоторые функции уровней 4, 5 и 7 модели ISO/OSI.
Протокол АТМ занимает в стеке протоколов АТМ примерно то же место, что и протокол IP в стеке TCP/IP, выполняя передачу ячеек через коммутаторы при установленном и настроенном виртуальном соединении, то есть на основании готовых таблиц коммутации портов.
Одноименный уровень несет ответственность за администрирование передачи и приема между узлом пользователя и коммутатором. Уровень выполняет четыре основные функции:
мультиплексирование ячеек в единый поток при передаче ячеек и демультиплексирование при приеме потока;
трансляцию номеров виртуальных путей VPI и соединений VCI;
генерацию заголовков ячеек АТМ при получении данных от уровня AAL;
управление потоком по принятым методам сигнализации.
Уровень АТМ приблизительно соответствует уровням 2 и 3 эталонной модели ISO/OSI [4.9], но имеет функциональные упрощения с целью достижения большей простоты и более высокой производительности сети.
Физический уровень содержит два подуровня: сходимости передачи ТС (Transmission Convergence) и физической среды РМ (Physical Medium). Первый подуровень выполняет функции генерации, формирования и разграничения кадров, генерации контрольной последовательности и корректировки скоростей передачи ячеек.
Подуровень РМ осуществляет передачу битов данных и образует электрический (оптический) интерфейс со средой передачи данных. Рекомендация I.432 определила два стандартных типа подуровня РМ на скоростях 155 и 520 Mb/s (коаксиальный кабель) и 622 Мb/s (оптоволоконный кабель) SDH/SONET. Для локальных сетей компания IBM разработала спецификацию сети АТМ со скоростью 25 Mb/s (витая пара), которая принята АТМ Forum. Имеются и другие физические интерфейсы к сетям АТМ, отличные от SDH/SONET. К ним относятся интерфейсы T1/E1, Т3/Е3 и др.
Комитет АТМ Forum разработал спецификацию, называемую LAN Emulation (LANE, df-lane-0021.000), которая обеспечивает совместимость традиционных протоколов и оборудования локальных сетей с технологией АТМ (канальный уровень). Спецификация LANE определяет способ преобразования кадров и адресов МАС-уровня традиционных технологий локальных сетей в ячейки и коммутируемые виртуальные соединения технологии АТМ, а также способ обратного преобразования. Ввиду того, что спецификация определяет только канальный уровень взаимодействия с помощью коммутаторов АТМ и компонентов эмуляции LAN, можно образовать только виртуальные сети, а для их соединения необходимо использовать маршрутизаторы.
Средства поддержки информационных сетей
Традиционным для семейств серверов компании IBM было использование встраиваемых аппаратных и программных средств как для решения задач обеспечения полномасштабных коммуникаций внутри групп географически разделенных серверных систем, поддерживающих разнообразные предложения, так и для полнофункционального взаимодействия с компьютерными сетями.
В качестве примера можно сослаться на функцию операционной системы S/390 LANRES (LAN Resource Extention and Services), которая реализует централизованные функции администрирования LAN, допуская взаимодействие с другими серверами, например, с Nowell NetWare LAN Server, в составе гетерогенных сетей. Благодаря программе LANRES система S/390 становится LAN-сервером и разделяет его ресурсы (дисковую память, принтеры и др.) с другими серверами и персональными компьютерами локальной сети. LANRES также позволяет администратору LAN создавать (уничтожать) учетные данные пользователей, устанавливать приоритеты и привилегированный доступ с консоли S/390. LAN-администратор может распределять обновленные программы и данные от компьютера с S/390 на любой сервер LAN.
Другим известным решением является коммуникационный компонент (включен в состав ОС в 1998 г.) операционной системы S/390 e Network Communication Server for MVS/ESA, который ранее был известен как VTAM и TCP/IP for MVS/ESA, представляющий передовое программное обеспечение для связи серверов с сетевыми сегментами на основе технологий TR (Token Ring), GbE (Gigabit Ethernet), FENET (Fast Ethernet), ATM, FDDI и др. Этот сервер и VTAM V4R2 обеспечивают целостное многоуровневое сопряжение в равноранговых сетях благодаря полной поддержке APPN.
Новым элементом развития фирменной архитектуры SNA является открытый стандарт высокопроизводительной маршрутизации HPR (High Performing Routing), который обеспечивает усовершенствованную маршрутизацию, сетевую динамику и производительность. Средства APPN/HPR снижают или вовсе исключают необходимость многих сетевых установок. Функция HPR позволяет управлять (без прерывания) перемаршрутизацией SNA-сессий в случае каких-либо сетевых ошибок. HPR-поддержка в системах S/390 и zSeries включает также управление работой АТМ сетей непосредственно под ОС S/390 и z/OS через OSA-адаптеры. В случае использования HPR каждый класс сервиса сетей SNA может быть динамически отображен на классы сервиса сетей АТМ, позволяя всем SNA-приложениям эксплуатировать преимущества АТМ-сетей.
С включенной функцией Any Net/MVS SNA-приложения исполняются поверх TCP/IP-сетей, открывая пользователям TCP/IP доступ к этим приложениям (APPC, принтеры, эмуляторы), а продукт Enterprise Extender (на платформах IBM) предлагает аналогичное решение.
Наиболее популярным решением для организации подключения серверов IBM к сетям конечных пользователей (LAN и WAN) было в недавнем прошлом применение коммуникационных контроллеров IBM 3745 и IBM 3746, подключаемых к каналам типов ESCON и FICON.
Контроллеры IBM 3745 и IBM 3746
Контроллер включает множество процессоров, главную и дисковую память, свое программное обеспечение ACF/NCP (Advanced Communication Function/Network Control Program). Семейство контроллеров состоит из четырех моделей: 170, 170А, 31А и 61А. Локальный контроллер с одной стороны подключается к каналу ввода/вывода, а с другой - к модемам, каналам связи, терминалам, LAN и т.п. [4.10]. Он может участвовать в APPN/HPR-сети, создавая в комплексе с сервером S/390 одиночный APPN-сетевой узел. Это объединение называют CNN (Composite Network Node).
Устройство IBM3746 (модели 900 и 950) улучшает характеристики коннективности IBM3745, в том числе за счет включения трех типов адаптеров: адаптера канала связи с процессором и интерфейсными соединителями (до четырех соединителей), ESCON-канального адаптера с процессором и соединителем, TR-адаптера с процессором и соединителями (одним или двумя). Таким образом, эта модель может существенно повысить общую производительность в сравнении с IBM 3745 за счет исполнения функций канального управления (взамен операций ACF/NCP). Устройство поддерживает функции сетевого узла APPN или смешанных сетей. Модель 950 контроллера IBM 3746 вводит новую платформу для APNN/HPR сетевых узлов и реализует полную стандартную функцию IP-маршрутизации. Кроме того, она может выполнять роль SNA-маршрутизатора трафика и действовать как узел сети Frame Relay. Таким образом контроллер поддерживает распределенные многопротокольные сети.
Представленные семейства контроллеров все еще коммерчески доступны, но их практическая полезность снижается ввиду предпочтений, отдаваемых OSA-2 и OSA-Express, которые разработаны как средства сопряжения для серверов ряда S/390 и z900. Адаптеры обеспечивают коннективность с LAN, MAN-магистралями, высокоскоростными рабочими станциями, интеллектуальными концентраторами, мостами и маршрутизаторами в гетерогенной среде. OSA-2 (введен в 1995 г.) поддерживает связность с сетями SNA Passthru, TCP/IP Passthru, FDDI, TR, Ethernet (10 и 100 Мбит/с), а OSA-Express (1999 г.) дополняет этот перечень на АТМ и LAN-Emulation АТМ.
Кроме того, новой и уникальной возможностью серверов z900 является Hiper Socket, реализующей так называемую сеть TCP/IP внутри системы. Это обеспечивает высокоскоростную коннективность <любой каждый-с-каждым> между Linux и z/OS образами внутри одиночной системы Z900.
Адаптеры OSA-2
Адаптеры OSA обеспечивают непосредственную коннективность приложений SNA/APPN/HPR и TCP/IP с множеством LAN и WAN. Они реализованы в аппаратной форме и представлены в структурных списках подсистем ввода/вывода серверов z900 и 9672 G5/G6 как тип канала, а для программных приложений - как подключенное канальное устройство. Включают в качестве элемента системной поддержки программное средство OSA/SF (Open Systems Adapter Support Facility). Этот продукт позволяет заказчикам адаптировать OSA-2 к работе в различных режимах, включает инструменты для конфигурирования и управления OSA-2, а также загрузки программных обновлений для поддерживаемых приложений. Исходная конфигурация OSA-2 выполняется изготовителем, а ее смена осуществляется средствами OSA/SF.
В режиме LPAR порты адаптера могут совместно использоваться любыми или всеми логическими разделами сервера (разделение портов). Использование системы OSA/SF позволяет конфигурировать OSA-2 в несколько режимных классов [4.11]:
режим TCP/IP Passthru (режим ретранслирования передаваемых данных без разделения портов); в этом режиме порт OSA-2 передает TCP/IP LAN трафик к/от только одного TCP/IP хоста или LPAR;
режим TCP/IP Passthru (с разделением портов) - передача TCP/IP трафика к/от более чем одного хоста между множественными LPAR;
SNA режим (без разделения портов) - передача SNA LAN-трафика к/от только одного LPAR;
SNA режим (c разделением портов) - передача SNA LAN-трафика к/от множественных LPAR;
смешанный режим TCP/IP и SNA (с разделением портов) - передача TCP/IP SNA-трафика к/от множественных LPAR;
смешанный режим TCP/IP и SNA для спецификации ATM LANE - в этом режиме один физический АТМ-порт может быть сконфигурирован в два логических порта, эмулирующих локальные сети Ethernet или TR; каждый логический порт может быть далее сконфигурирован для поддержки TCP/IP или SNA-трафика (или обоих), передавая LAN-трафик к/от множественных LPAR;
режим поддержки протокола Classical IP (согласно документу RFC1577) - в этом режиме OSA-2 АТМ поддерживает постоянные (PVC) и коммутируемые (SVC) виртуальные каналы для APPN и TCP/IP-соединений.
На рис. 4.11 представлены некоторые возможности подключения серверов к сетевым сегментам с использованием средства OSA-2.
(рис 4.11) Подключение серверов к сетевым сегментам с использованием OSA-2Практически два типа сетевых средств связи на основе OSA-2 доступны к использованию на серверах 9672 G5/G6 и z900: OSA-2 ENTR (Ethernet/Token Ring) и OSA-2 FDDI.
Подключение к другим типам сетевых технологических решений связывается с заменой OSA-2 на OSA-Express. В случае OSA-2 ENTR порты устройства могут быть сконфигурированы в следующих вариантах: два порта Ethernet на скорости 10 Мбит/с, два порта Token Ring (4 Мбит/с и 16 Мбит/с), один порт Ethernet (10 Мбит/с) и один - Token Ring (4 Мбит/с и 16 Мбит/с). OSA-2 FDDI имеет один порт (100 Мбит/с), допускающий одиночное или двойное подключение к кольцу, а также подключение к коммутатору режима обхода (bypass) кольца. В таблице 4.1 представлены допустимые форматы и параметры кадров локальных вычислительных сетей, подключаемых к серверам посредством OSA-2 (OSA-2 и OSA-Express).
Описание параметров кадров для поддерживаемых LAN-протоколов средствами OSA
| Тип кадра | Протокол локальной сети (LAN), канальный уровень | Производительность сети (Мбит/с) |
|---|
FDDI 802.3
FDDI SNAP
|
IEEE 802.2 LAN MAC (используя 802.2 конверт)
ANSI X3T9.5 протокол
FDDI SNAP (используя SNAP-конверт)
|
100 |
Ethernet v.2.0
Ethernet 802.3
Ethernet SNAP
|
IEEE LAN MAC (802.3, используя конверт 802.2)
(используя конверт DEC Ethernet v.2.0)
IEEE 802.3 CSMA/CD (802.3, используя конверт 802.2)
|
10 или 100 |
Token Ring
Token Ring SNAP
|
IEEE 802.2 LAN MAC
IEEE 802.5 MAC (802.5, используя 802.2 конверт)
Token Ring SNAP
(802.5, используя конверт 802.2 c SNAP)
|
4 или 16
|
| 155 АТМ |
Спецификация интерфейса АТМ Forum UNI
(пользователь - сеть)
v.3.0 и 3.1 с протоколом сигнализации Q.2931 для
Ethernet и Token Ring, ATM LANE v.1.0
|
155 |
Заметим, что заголовок SNAP (SubNetwork Access Protocol - протокол доступа к подсетям) представляет собой дополнение к заголовку кадра LLC (Logical Link Control - управление логическим каналом), поэтому он допустим не только в кадрах Ethernet, но и в кадрах других технологий IEEE 802. Например, протокол IP всегда использует структуру заголовков LLC/SNAP при инкапсуляции в кадры протоколов локальных сетей: FDDI, TR, Ethernet, GbE и др.
Адаптеры OSA-Express
Семейство адаптеров OSA-Express - GbE, FENET, TR и АТМ - представляет новое (после OSA-2) поколение средств сопряжения серверов zSeries с компьютерными сетями (рис. 4.12). Они имеют существенно расширенную функциональность, более высокую производительность и надежность.
(рис 4.12) Подключение серверов к сетям с использованием OSA-ExpressКаждый адаптер имеет один порт для серверов 9672 G5/G6 и два порта для серверов zSeries, которые непосредственно могут быть подключены к LAN или АТМ-сетям. Порты адаптеров определены в IOCP (Input/Output Configuration Program) и идентифицируются с помощью идентификаторов канальных путей CHPID (гл. 2).
Различные типы адаптеров OSA-Express поддерживают либо QDIO либо non-QDIO режимы работы (соответственно, режимы прямого буферизированного доступа и без него). В табл. 4.2 приведены базовые возможности использования этих режимов.
Базовые режимы работы адаптеров OSA-Express
| Тип адаптера (скорость канала доступа) | Тип CHPID | Поддержка SNA/APPN/HPR-трафика | Поддержка TCP/IP-трафика |
|---|
| GbE 1 Гбит/с |
OSD(QDIO) |
- |
+ |
| FENET 10/100 Мбит/с |
OSD(QDIO) |
- |
+ |
| OSE(non-QDIO) |
+ |
+ |
| 155 ATM LANE |
OSD(QDIO) |
- |
+ |
| 155 Мбит/с |
OSE(non-QDIO) |
+ |
+ |
| 155 ATM Native |
OSE(non-QDIO) |
+ |
+ |
| 155 Мбит/с |
| Token Ring |
OSD(QDIO) |
- |
+ |
| 4/16/100 Мбит/с |
OSE(non-QDIO) |
+ |
+ |
Перечислим ключевые характеристики, связанные с применением OSA-Express:
Поддержка стандартов локальных сетей TR, GbE, FENET и сетей АТМ.OSA-Express GbE, как видно из табл. 4.2, непосредственно поддерживает только трафик TCP/IP. В то же время допустима транспортировка SNA-трафика поверх TCP/IP (SNA over IP) при использовании средств TN3270 Server или расширителя Enterprise Extender. Поддерживает дуплексную передачу данных с раздельными путями записи и чтения и использует два типа кадров Ethernet: IEEE 802.3 и Ethernet v.2.0 (DIX). Во втором случае допускается расширенный формат до 8992 байтов (Jumbo frame) в сравнении с классическим 1518 байтов.
OSA-Express FENET обеспечивает непосредственную связь с сетями Ethernet на 10 Кбит/с и 100 Мбит/с в полудуплексном и полнодуплексном режимах, поддерживает режим автопереговоров с подключенным коммутатором Ethernet. Если коммутатор не включает режим автопереговоров, то порт по умолчанию реализует скорость 100 Мбит/с и полудуплексный режим. В то же время оба средства (порты OSA и коммутаторы) должны иметь одинаковые установки при отсутствии режима автопереговоров, что явно обеспечивается программным инструментом управления OSA/SF.
OSA-Express TR при начальной инициализации работает на скорости 16 Мбит/с. Может параллельно поддерживать TCP/IP- и SNA-трафик при конфигурировании в режим non-QDIO.
OSA-Express АТМ может быть одновременно сконфигурирован для ATM LANE (TR или Ethernet) или АТМ Native. Во втором случае каждый физический порт адаптера поддерживает виртуальное соединение между сервером и сетью АТМ Native. Для режима АТМ LANE два эмулируемых порта адаптера могут быть определены в два отдельных соединения к эмулируемым сетям, создавая два эмулируемых клиента (LECs - LAN Emulation Clients). Эмулируемый порт представляет собой виртуальное соединение между сервером и сетями Ethernet или TR, обеспечивая LEC-сервисы для SNA и IP-клиентов. Каждый порт OSA-Express АТМ соединяется с сетями АТМ посредством либо многомодового (62,5 микрон или 50 микрон для 155 АТМ ММ) либо одномодового (9 микрон для 155 ATM SM) оптоволоконного кабеля с коннекторами типа SC Duplex.Каждый из названных адаптеров имеет два независимых порта, у каждого определен свой идентификатор CHPID. Таким образом, на серверах zSeries может быть реализовано до 24 портов, что снижает потребность в использовании внешних шлюзов.
Применение режима QDIO. При этом микропроцессор OSA-Express непосредственно связывается с коммуникационной программой сервера, используя очереди данных в главной памяти и DMA-доступ к памяти. Все это позволяет резко поднять производительность и эффективность каналов для TCP/IP-трафика. В то же время допускается поддержка и SNA-трафика путем использования функции EE (Enterprise Extender) коммуникационного сервера для z/OS и OS/390. По сути, ЕЕ-функция представляет собой технологию TCP/IP инкапсуляции, которая перемещает SNA-трафик из одной конечной точки сети в другую поверх IP-сети, например, от порта OSA-Express к коммуникационному серверу.Прямой доступ к памяти DMA позволяет перемещать данные непосредственно из микропроцессора OSA-Express в главную память (host-memory). Это сокращает три ступени обработки, которые требовались при использовании ESCON или OSA-2, что резко увеличивает производительность тракта канал-память, так как не вводятся канальные программы чтения и записи, прерывания по вводу/выводу для режима чтения минимизируются, а для режима записи исключаются вообще.
Вспомогательные функции поддержки IP-протокола (IP Assist), реализуемые микрокодами OSA-Express, разгружают функциональный стек TCP/IP по следующим операциям: групповая адресация, широковещательная фильтрация, создание MAC- и LLC-заголовков, сбор статистики при обработке протокола разрешения адресов ARP. Это существенно снижает загрузку хост-системы.
Связь LPAR-в-LPAR через OSA-Express. Доступ к порту может быть разделен между системными копиями, запускаемыми в логических разделах LPAR, в которых канальный путь OSA-Express определен как разделяемый. В этих условиях адаптер может передавать и принимать IP-трафик между LPAR без направления IP-пакетов во внешние сети, т.к. на основе анализа адреса доставки может определить их принадлежность к своему хосту.
Концепция очередей приоритетов (Priority Queueing), реализованная в продукте Service Policy Server (для z/OS и OS/390), позволяет сортировать исходящий трафик IP-сообщений в соответствии с установленной политикой приоритетов (запись в заголовке пакета) Посредством OSA-Express могут быть определены четыре различных уровня приоритетов для TCP/IР-трафика. Например, наивысший приоритет может быть назначен интерактивным коммуникациям, а низший - для трафика пакетной обработки и т.д.
Динамическое построение (модификация) адресной таблицы OSA-Express (ОАТ) упрощает процессы инсталляций и установки конфигураций, исключает дублирование ввода данных и снижает вероятность ошибок ввода и некорректных определений. После активации соответствующего устройства в TCP/IP стеке все IP-адреса, собранные в списке стека IP HOME, загружаются в адаптер, где заполняются строки OAT, а последующие изменения IP-адресов вызовут динамические обновления в таблице.
Еще одним сервисом QDIO архитектуры является повышенная IP-готовность (IPA-IP Availability). После загрузки собственных (home, own) IP-адресов OSA-Express отвечает на ARP-запросы как по своим, так и по виртуальным адресам (VIPA's). На случай отказа адаптера в той же сети имеется резервный адаптер, при этом TCP/IP уведомляет резервный адаптер о том, какой IP-адрес следует заместить, и посылает ARP-извещение, содержащее МАС-адрес резервного адаптера.
OSA-Express поддерживает технологию виртуальных адресов (VIPA) в среде TCP/IP, что позволяет на множестве определенных IP-адресов устанавливать и маршрутизировать (в случае сетевых отказов) отказоустойчивые, резервируемые соединения. Так как VIPA-адрес связан с TCP/IP-стеком, но не с физическим подключением, он может использоваться на любом другом TCP/IP-стеке (VIPA Takeover), позволяя пользователям работать с приложениями через резервный сервер. Как только отказавший стек восстановится, тот же VIPA автоматически перемещается назад (VIPA Takeback).
Гиперсокеты (Hiper Sockets)
Гиперсокеты определены в серверах zSeries как тип канала внутреннего обмена в режиме прямого буферизированного доступа с идентификатором канального устройства IQD (Internet Quenued Direct). Реализация гиперсокетов основана на протоколе OSA-Express QDIO конкретно в форме внутреннего QDIO (iQDIO). Микрокод LIC эмулирует канальный уровень интерфейса OSA-Express QDIO, гиперсокет является функцией сервера zSeries; он осуществляет коммуникации через системную память. Гиперсокеты создают до четырех независимых интегрированных TCP/IP виртуальных локальных вычислительных сетей, доступных в комбинациях логических разделов и виртуальных серверов внутри одного физического сервера zSeries (рис. 4.13).
(рис 4.13) Сервер zSeries с несколькими LPAR и виртуальными серверамиГиперсокеты используются для связи:
FC - собственных Linux-логических разделов LPARs 2, 3 и 4;
FD - Linux LPARs, z/VM гостевых машин и шести различных LPARs-частей двух Sysplex-сред;
FE - LPARs 5, 6 и 7, принадлежащих Sysplex A;
FF - LPARs 8, 9 и 10, принадлежащих Sysplex B.
Виртуальные серверы, соединенные таким образом, формируют виртуальную LAN, где гиперсокеты обеспечивают передачу трафика между виртуальными серверами. Поскольку отсутствует необходимость включения физического каблирования или внешних сетевых соединений между этими серверами, можно создавать конфигурации серверных групп, отличающихся высоким уровнем сетевой готовности, безопасности, управляемости, производительности и низкой стоимостью.
Гиперсокеты, являясь LIC-функцией сервера zSeries, поддерживаются операционными системами: z/OS V1R2, z/OS.e, z/VM V4R2, Linux for zSeries (64-битовый режим) и Linux for S/390 (31-битовый режим).
Другими преимуществами использования гиперсокетов являются:
возможность доступа консолидированных в системе серверов к резидентным корпоративным данным на скорости, соизмеримой со скоростью работы памяти;
возможность существенных вариаций в форматах передаваемого трафика, в то время как максимальные размеры кадров в LAN ограничены существующими стандартами. Максимальный размер кадра для гиперсокета устанавливается при определении его идентификатора CHPID. По умолчанию он составляет 16 Кбайт, но может варьироваться в пределах от 16 до 64 Кбайт.
Средства LIC сервера zSeries поддерживают просмотровую таблицу IP-адресов (lookup table) для каждого гиперсокета. Эта таблица представляет виртуальную локальную сеть. При активации TCP/IP-стека устройство гиперсокета регистрируется в таблице со своим IP-адресом и указателями очередей (по входу и выходу). Устройства гиперсокет TCP/IP конфигурируются подобно устройствам OSA-Express, каждый гиперсокет определяется CHPID подобно другим интерфейсам ввода-вывода и эти числа должны быть выбраны из диапазона 00-FF. Никакой другой I/O-интерфейс эти номера использовать не может.
На рис. 4.14 показаны основные этапы работы гиперсокетов:
Каждая копия TCP/IP стека регистрирует свой IP-адрес в просмотровой таблице гиперсокета. Для каждой виртуальной сети гиперсокета ведется своя таблица.
Адреса приемных буферов стека добавляются в очереди гиперсокетов.
Перед передачей данных гиперсокеты выполняют просмотр таблицы для определения адресов передающего и принимающего стеков и их буферов.
Процессор-отправитель копирует данные из своих буферов в приемные буферы процессора-получателя (память сервера zSeries).
Посылающий процессор выдает (опционально) сигнал прерывания на приемный стек в режиме функции <тонкого прерывания> (thin interrupt), имеющегося в сервере zSeries.
(рис 4.14) Иллюстрация работы гиперсокетов
