Компьютерные глобальные сети

       Далее пакет типа Call Request с адресом назначения 1581130, номером VCI 4 и адресом источника 1581120 отправляется в порт 1 коммутатора К1 сети. Адрес назначения используется для маршрутизации пакета на основании таблиц маршрутизации, аналогичных таблицам маршрутизации протокола IP, но с более простой структурой каждой записи. Запись состоит из адреса назначения и номера порта, на который нужно переслать пакет. Адрес следующего коммутатора не нужен, так как все связи между коммутаторами являются связями типа «точка-точка», множественных соединений между портами нет. Стандарты глобальных сетей обычно не описывают какой-либо протокол обмена маршрутной информацией, подобный RIP или OSPF, позволяющий коммутаторам сети автоматически строить таблицы маршрутизации. Поэтому в таких сетях администратор обычно вручную составляет подобную таблицу, указывая для обеспечения отказоустойчивости основной и резервный пути для каждого адреса назначения. Исключением являются сети АТМ, для которых разработан протокол маршрутизации PNNI, основанный на алгоритме состояния связей.

       В результате действия такой схемы  пакеты данных уже не несут длинные  адреса конечных узлов, а имеют в  служебном поле только номер виртуального канала, на основании которого и  производится маршрутизация всех пакетов, кроме пакета запроса на установление соединения. В сети прокладывается виртуальный канал, который не изменяется в течение всего времени существования  соединения. Его номер меняется от коммутатора к коммутатору, но для конечных узлов он остается постоянным.

       За  уменьшение служебного заголовка приходится платить невозможностью баланса  трафика внутри виртуального соединения. При отказе какого-либо канала соединение приходится также устанавливать  заново.

       По  существу, техника виртуальных каналов  позволяет реализовать два режима продвижения пакетов - стандартный  режим маршрутизации пакета на основании  адреса назначения и режим коммутации пакетов на основании номера виртуального канала. Эти режимы применяются поэтапно, причем первый этап состоит в маршрутизации  всего одного пакета - запроса на установление соединения.

       Техника виртуальных каналов имеет свои достоинства и недостатки по сравнению  с техникой IP- или IPX-маршрутизации. Маршрутизация каждого пакета без  предварительного установления соединения (ни IP, ни IPX не работают с установлением  соединения) эффективна для кратковременных  потоков данных. Кроме того, возможно распараллеливание трафика для  повышения производительности сети при наличии параллельных путей  в сети. Быстрее отрабатывается отказ  маршрутизатора или канала связи, так  как последующие пакеты просто пойдут по новому пути (здесь, правда, нужно  учесть время установления новой  конфигурации в таблицах маршрутизации). При использовании виртуальных  каналов очень эффективно передаются через сеть долговременные потоки, но для кратковременных этот режим  не очень подходит, так как на установление соединения обычно уходит много времени - даже коммутаторы технологии АТМ, работающие на очень высоких скоростях, тратят на установление соединения по 5-10 мс каждый. Из-за этого обстоятельства компания Ipsilon разработала несколько лет назад технологию IP-switching, которая вводила в сети АТМ, работающие по описанному принципу виртуальных каналов, режим передачи ячеек без предварительного установления соединения. Эта технология действительно ускоряла передачу через сеть кратковременных потоков IP-пакетов, поэтому она стала достаточно популярной, хотя и не приобрела статус стандарта. Особенностью всех подобных методов является ускорение передачи долговременных потоков пакетов. Технология IP-switching делает то же самое, но для кратковременных потоков, что хорошо отражает рассмотренные особенности каждого метода маршрутизации - маршрутизации на индивидуальной основе или на основе потоков пакетов, для которых прокладывается виртуальный канал. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ОСНОВНЫЕ  ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ
1. Сети Х.25

       Основу X.25 сетей составляют Центры Коммутации Пакетов (ЦКП), расположенные во многих городах и обеспечивающие доступ к сети. Обычно абонент получает доступ к сети, соединяясь с ближайшим  ЦКП, т.е. можно получить доступ к  сети из любого места, где есть телефонная связь, без привязки к конкретному ЦКП. Абоненты сети подключаются к ней для того, чтобы передавать информацию или принимать ее от других абонентов или хост-машин. Для этого в сети устанавливается временная логическая связь между этими абонентами, называемая виртуальным соединением. После установления виртуального соединения между абонентами может происходить обмен данными одновременно в двух направлениях (дуплекс), причем задержка передачи пакетов данных не превышает долей или нескольких секунд в зависимости от загруженности сети.

       Технология X.25 имеет следующие признаки:

       1) Наличие в структуре сети специального  устройства—PAD (сборщик-расборщик пакетов);

       2) Наличие трёхуровнего стека протоколов:

       а) Физический;

       б) Канальный;

       в) Сетевой. 

2. Сети  Frame Relay

       Стандарт  Frame Relay описывает интерфейс доступа к сетям с быстрой коммутацией кадров и обеспечивает функции первого, частично второго и третьего уровней модели OSI, включая в себя небольшой набор правил и процедур организации информационного обмена.

       Отличительной особенностью Frame Relay является отсутствие механизмов коррекции ошибок и управления потоком данных, характерных для X. 25. Кадр, принятый промежуточным или оконечным узлом с ошибками, сбрасывается сетью, а функции исправления ошибок возлагаются на протоколы более высоких уровней, например, TCP.

       Механизмы, с помощью которых обеспечивается надежная передача данных в X.25, предусматривают  квитирование и буферизацию кадров/пакетов, требующих подтверждения, повторную  передачу неправильно принятых кадров и некоторые другие алгоритмы. Эти  процедуры вносят дополнительные задержки, величина которых зависит от вероятности  возникновения ошибок на канальном  уровне звена передачи данных, а  также от загруженности буферной памяти промежуточных узлов.

       Отказ от этих алгоритмов уменьшает задержки в сети при передаче данных пользователей, а главное, позволяет их прогнозировать. Кроме того, из формата кадра исключается  несколько служебных полей. Таким  образом, сокращается протокольная избыточность, а следовательно, повышается эффективность использования пропускной способности канала. Такой подход ограничивает допустимую величину BER до 10-7 и предъявляет более строгие требования к качеству каналов.

       Абонентским доступом к сети Frame Relay управляет интерфейс "пользователь-сеть" (UNI — User-to-Network Interface). Его основной задачей является описание характеристик и особенностей мультиплексирования логических соединений PVC (Permanent Virtual Connection), а также контроль их состояния и конфигурации. Каждое такое логическое соединение обладает своим уникальным номером — DLCI (Data Link Connection Identifier).

       Как уже отмечалось, процедуры Frame Relay не предусматривают управления потоком данных. Вместо этого в стандарт заложены очень простые механизмы уведомления о перегрузках, информирующие устройство пользователя о том, что ресурсы сети практически, исчерпаны. Стандарт Frame Relay определяет основные характеристики каждого логического соединения, в соответствии с которыми система варьирует темп передачи кадров в сеть абонентским устройством.

       Первой  такой характеристикой является гарантированная скорость передачи данных CIR (Committed Information Rate) — средняя скорость доставки сообщений конечному устройству. Вторая характеристика — гарантированный импульсный объем передаваемой информации Вc (Committed Burst Size) — определяет количество битов, которые могут быть переданы в сеть по PVC с. заданной гарантированной скоростью за время Т. Последний параметр — дополнительный импульсный объем передаваемой информации Be (Excess Burst Size) — указывает число бит, которые передаются в сеть без гарантии доставки. Если ресурсы сети позволяют, то кроме сообщения объемом Вc будет отправлен (со скоростью, превышающей CIR) дополнительный объем данных, меньший или равный Be. Все кадры при этом будут помечены битом DE: для любого устройства сети этот бит означает разрешение сбросить кадр в случае, если узел испытывает перегрузку. Всю информацию, переданную сверх объема, равного (Вc + Вe), сеть сбросит.

       Однако  сброс любого кадра влечет за собой  его повторную передачу в соответствии с процедурами коррекции ошибок протоколов более высокого уровня, а значит, сеть по-прежнему будет  перегружена. Чтобы проинформировать передатчик о необходимости снизить темп передачи кадров, для оконечных устройств виртуального канала создаются служебные сообщения BECN (Backward Explicit Congestion Notification) — они передаются источнику — и FECN (Forward Explicit Congestion Notification) — передаются адресату. Получение устройством такого сообщения означает необходимость снизить скорость передачи данных в сеть. 

3. Технологии  АТМ

       Подход, реализованный в технологии ATM, состоит  в представлении потока данных от каждого канала любой природы - компьютерного, телефонного или видеоканала  пакетами фиксированной и очень  маленькой длины - 53 байта вместе с небольшим заголовком в 5 байт. Пакеты ATM называются ячейками - cell. Небольшая длина пакетов позволяет сократить время на их передачу и тем самым обеспечить небольшие задержки при передаче пакетов, требующих постоянного темпа передачи, характерного для мультимедийной информации.

       При приоритетном обслуживании мультимедийного  трафика коммутаторами сети, его  пакеты будут вынуждены даже при  дисциплине относительных приоритетов  ожидать в худшем случае в течение  небольшого и фиксированного времени - времени передачи пакета из 53 байт, что при скорости в 155 Мб/с составит менее 3 мкс. Для того, чтобы пакеты содержали адрес узла назначения и в то же время процент служебной информации не был большим по сравнению с размером поля данных пакета, в технологии ATM применен стандартный для глобальных вычислительных сетей прием - эти сети всегда работают по протоколу с установлением соединения и, адреса конечных узлов используются только на этапе установления соединения. При установлении соединения ему присваивается текущий номер соединения и в дальнейших передачах пакетов в рамках этого соединения (то есть до момента разрыва связи) в служебных полях пакета используется не адрес узла назначения, а номер соединения, который намного короче.

       В пакете имеется небольшой заголовок  в 5 байт, из которых 3 байта отводятся  под номер виртуального соединения, уникального в пределах всей сети ATM, а остальные 48 байт могут содержать 6 замеров оцифрованного голоса или 6 байт данных вычислительной сети. Небольшие пакеты фиксированной длины позволяют гарантировать небольшие задержки при передаче синхронного трафика. Ясно, что при отказе от жестко фиксированных канальных интервалов для каждого канала, идеальной синхронности добиться будет невозможно.

       Однако, если пакеты разных видов трафика будут обслуживаться с разными приоритетами, то максимальное время ожидания приоритетного пакета будет равно времени обработки одного пакета, и если эти пакеты небольшого размера, то и отклонение от синхронизма будет небольшое. Введение типов трафика и приоритетное обслуживание являются еще одной особенностью технологии ATM, которая позволяет ей успешно совмещать в одном канале синхронные и асинхронные пакеты. В сетях ATM соединение конечного узла с сетью осуществляется индивидуальной линией связи, а коммутаторы соединяются между собой каналами с уплотнением, которые передают пакеты всех узлов, подключенных к соответствующим коммутаторам.

       Сеть ATM имеет структуру, похожую на структуру  телефонной сети - конечные станции  соединяются с коммутаторами  нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами  более высоких уровней. Коммутаторы ATM пользуются адресами конечных узлов  для маршрутизации трафика в  сети коммутаторов. Коммутация пакетов  происходит на основе идентификатора виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), назначается соединению при его установлении и уничтожается при разрыве соединения. Виртуальные соединения устанавливаются на основании длинных 20-байтных адресов конечных станций. Такая длина адреса рассчитана на очень большие сети, вплоть до всемирных.

       Адрес имеет иерархическую структуру, подобную номеру в телефонной сети и использует префиксы, соответствующие  кодам стран, городов и т.п. Виртуальные  соединения могут быть постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC). Постоянные виртуальные соединения соединяют двух фиксированных абонентов и устанавливаются администратором сети. Коммутируемые виртуальные соединения устанавливаются при инициации связи между любыми конечными абонентами. Соединения конечной станции ATM с коммутатором нижнего уровня определяются стандартом UNI. UNI определяет структуру пакета, адресацию станций, обмен управляющей информацией, уровни протокола ATM и способы управления трафиком. 

4. Технологии  xDSL

       Существует  достаточно большое количество технологий высокоскоростной передачи данных, объединенных общим названием xDSL (Digital Subscriber Line или цифровая абонентская линия, где x - символ обозначающий конкретный тип технологий высокоскоростных цифровых абонентских линий DSL). Предоставление голосового трафика, подключение удаленных компьютеров, объединение ЛВС, организация соединения с провайдером, услуга "видео-по-запросу" или "платное ТВ", дистанционное обучение и т.п. - все это можно легко сделать, используя одну из DSL технологий. DSL позволяет перейти на новый технологический уровень использования медных линий, который обеспечивает достаточную пропускную способность для любого из предлагаемых пользователю приложений. При этом может быть организована не только выделенная линия с двумя модемами (например, при использовании технологии HDSL), но и цифровая абонентская линия, соединяющая станционное оборудование с модемом пользователя (ADSL или VDSL). В последнем случае сохраняется возможность использования абонентской линии для обычной аналоговой телефонной связи.