3.5.2 Технология Frame Relay

Эта технология разрабатывалась с учетом высокоскоростной передачи дан­ных и низкого уровня ошибок современных сетевых средств. Первые сети с ком­мутацией пакетов были рассчитаны на скорость передачи 64 Кбит/с, в то время как сети Frame Relay предназначались для работы с гораздо большими скорос­тями. Достичь повышения скоростей передачи помогло исключение накладных расходов, которые неизбежны при контроле ошибок.

Накладные расходы при пакетной коммутации вызываются контролем вызо­вов, поиском ошибок и контролем за потоками. В технологии Х.25 пакеты управления вызовами, используемые для установления и разрыва виртуальных соединений, передаются по тому же самому соединению, что и пакеты данных. Фактически, вся передача сигналов осуществляется по основному каналу (так называемая in-band передача).

Во Frame Relay передача сигналов контроля вызова осуществляется по вир­туальному соединению, отличному от используемого для передачи пользова­тельских данных. В пользовательском интерфейсе один канал управления соединением служит для контроля за всеми коммутируемыми соединениями пе­редачи данных. Так как в настоящее время провайдеры услуг Frame Relay пред­лагают, в большинстве своем, только постоянные виртуальные соединения, то промежуточным коммутирующим узлам нет необходимости поддерживать таб­лицы состояний или обрабатывать управляющие вызовы для каждого соедине­ния в отдельности.

Наиболее очевидно преимущество Frame Relay над Х.25 в управлении по­токами и контролем за ошибками. Технология Х.25 использует физический, канальный и сетевой уровни, что соответствует трем нижним уровням эталон­ной модели OSI. На канальном уровне осуществляется контроль за ошибками в транзитных узлах сети с коммутацией пакетов. При этом каждому узлу присва­ивается порядковый номер. После проведения контроля, одновременно с пе­редачей данных на следующий узел, предыдущему передается подтверждение приема. На сетевом уровне происходит мультиплексирование нескольких пото­ков данных разных виртуальных соединений в единый поток к пользователю. Для этого каждый передаваемый кадр имеет свой номер виртуального соеди­нения, который используется для маршрутизации и коммутации трафика. Управление потоком и контроль ошибок на всем пути следования пакетов от отправителя до получателя осуществляется при помощи схемы нумерации сете­вого уровня.

Основное отличие между технологиями Frame Relay и Х.25 состоит имен­но в механизме коррекции ошибок [1]. Так как технология Х.25 разрабатыва­лась более 20 лет назад для передачи данных через аналоговые каналы связи, которые характеризовались плохим качеством, то требовались различные ме­ханизмы коррекции ошибок и алгоритмы повторной передачи потерянных дан­ных. В соединениях Frame Relay мультиплексирование осуществляется на каналь­ном уровне модели OSI, а контроль ошибок и управление потоком вовсе от­сутствуют. Каждый кадр канального уровня содержит номер логического соединения, который используется для маршрутизации и коммутации трафика. Порядковые номера для управления потоком и контроля ошибок не использу­ются. При этом контроль за правильностью передачи данных от отправителя получателю должен осуществляться на более высоком уровне модели OSI.

Как и технология Х.25, Frame Relay выполняет статическое мультиплексиро­вание передаваемых кадров с данными от различных отправителей и направляет их через один канал связи. При этом могут поддерживаться скорости передачи между 56 Кбит/с и 45 Мбит/с (в то время как скорость сети Х.25 составляет 56 или 64 Кбит/с). Другой возможностью, унаследованной от технологии Х.25, яв­ляется механизм передачи, ориентированный на предварительное установление виртуального соединения между взаимодействующими абонентами.

Структура кадра передачи данных в технологии Frame Relay достаточно про­ста (рисунок 3.13) [1]. Данные помещаются между полем, называемым DLCI (Data Link Connection Identifier, идентификатор связи с источником данных), которое может занимать от двух до четырех байт, и полем контрольной суммы в конце кадра, призванного обнаруживать любые битовые ошибки. Числовое значение, записанное в поле DLCI служит для идентификации виртуальното соединения между абонентами. В одном кадре может быть передано до 8000 байтов пользо­вательских данных.

Стартовый флаг (3-5 байт)
DLCI (Data Link Connection Identifier) (2-4 байта)
Пользовательские данные (до 8000 байт)
Контрольная сумма (CRC-16)
Конечный флаг

Рисунок 3.13. Формат кадра Frame Relay

Причиной того, что технология Frame Relay столь стремительно занимает нишу локальных сетей, является ее экономическая эффективность. Frame Relay не требует построения новой коммуникационной инфраструктуры. Обычно все, что требуется, — это программное обновление существующих маршрутизиру­ющих систем или незначительная модернизация программно-аппаратного обес­печения систем коммутации кадров Х.25.

Технология Frame Relay имеет много общего с ATM. Основное различие между ними на уровне организации блоков информации состоит в том, что в первой длина кадров переменна, а во второй — постоянна и равна 53 байтам [1]. Большинство современных сетей Frame Relay рассчитаны на максимальную длину кадра 1024 байта, из которых от 6 до 8 байт занимают служебные данные.

Большой вклад в рост популярности технологии Frame Relay внесла возмож­ность передачи голосовой информации. Для этого были разработаны голосовые маршрутизаторы (мультиплексоры) и платы расширения FRAD (Frame Relay Access Device — устройство доступа к сети Frame Relay). До появления нового поколения этих устройств качество передачи речи оставляло желать лучшего — наблюдались большие задержки, эхо и т. д. Голосовой маршрутизатор реализует постоянные виртуальные соединения, что приводит к упрощению процедуры установления связи. Эти устройства обычно имеют модульную конструкцию, что позволяет при необходимости нарастить его функциональность. При передаче голоса через сеть Frame Relay голосовому трафику присваивается наивысший приоритет, и время доставки информации снижается за счет переупорядочения очередей пакетов в устройствах доступа к сети. При этом считается, что между двумя голосовыми пакетами в очереди на передачу могут находиться не более двух пакетов данных. Данные разбиваются на короткие кадры так, чтобы время на передачу одного кадра составляло от 5 до 10 мс. Применяются специальные методы подавления пауз в разговоре и компрессии голосового сигнала. При­влекательность технологии Frame Relay еще более возрастет при реализации коммутируемых, а не постоянных виртуальных соединений. При этом голос и данные можно будет передавать между двумя заранее не определенными точ­ками.

Поскольку можно передавать как короткие, так и очень большие кадры, существует вероятность того, что большие кадры вызовут большую задержку между передачей двух коротких кадров. Однако несмотря на это обстоятельство, следующие несколько лет технология Frame Relay будет играть важную роль в локальных сетях, хотя ее использование для типичных широкополосных служб с изменяющимся профилем трафика ограничено.

У технологии Frame Relay остаются два серьезных недостатка, относящиеся к управлению потоками данных и созданию коммутируемых виртуальных кана­лов. Без устранения первого из них неизбежна потеря некоторых кадров и в этом случае требуется их повторная передача, вызывающая перегрузку сети. Если граничный маршрутизатор локальной сети не поддерживает какой-либо протокол контроля за трафиком, то он может направить слишком много данных в некоторый узел, что приведет к их потере в образовавшемся заторе.

Одним из главных достоинств сети Frame Relay является ее надежность. Бла­годаря использованию постоянных виртуальных соединений при возникновении обрыва канала связи автоматически производится изменение маршрута, и дан­ные немедленно направляются по другому пути. Эта технология имеет много привлекательных сторон: достаточно дешевые и простые средства управления, возможность передачи голоса, предоставление гарантированного качества обслу­живания как по времени задержки, так и по скорости передачи данных. С повы­шением скорости до 44.736 Мбит/с эта технология способна соревноваться с ATM, будучи при этом дешевле.

3.4 Технология ISDN

Аббревиатура ISDN расшифровывается как цифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network) [3]. Концепция ISDN была разработана в 70-х годах компанией Bellcore, а сама технология стандартизована CCITT в 1984 году. Разработка ISDN была первой попыткой создать технологию с возможностью одновременной передачи голоса и данных. Она базируется [1] на пользовательских каналах со скоростью 64 Кбит/с (так называемых В-каналах) и на отдельном служебном канале (D-канале). С использованием комбинаций этих каналов можно реализовать интерфейсы ISDN в трех вариантах: как основное соедине­ние с рабочей скоростью передачи 128 Кбит/с (два В-канала и один D-канал), которое поддерживает интерфейс BRI; как первичное соединение с рабочей ско­ростью 1536 Кбит/с, которое используется в Северной Америке (двадцать три В-канала и один D-канал); или с рабочей скоростью 1920 Кбит/с, используе­мое в Европе и поддерживающее интерфейс PRI (тридцать В-каналов и один D-канал).

Основная идея, заложенная в технологию ISND, состоит в том, что различные устройства, например, телефоны, компьютеры, факсы и т. д., могут одновремен­но передавать и принимать цифровые сигналы после установления коммутиру­емого соединения с удаленным абонентом.

Цифровые сети с интеграцией услуг ISDN можно использовать при передаче данных, для объединения удаленных локальных сетей, для доступа к сети Inter­net и для различных видов трафика, в том числе мультимедийного. Оконечными устройствами в сети ISDN могут быть: цифровой телефонный аппарат, компь­ютер с ISDN-адаптером, файловый сервер и т. д. В интерфейсе BRI каждому устройству выделяется свой индивидуальный номер. Интерфейс PRI использу­ется при более высоких скоростях для передачи больших массивов информации. Например, этот интерфейс может использоваться для подключения учережденческой АТС к цифровой телефонной сети.

Для расширения возможностей ISDN комитетом CCITT была разработана и стандартизована система общей канальной сигнализации (ОКС) № 7, которая состоит из двух подсистем:

□ МТР (Message Transfer Part, подсистема передачи сообщений) — осу­ществляет передачу сообщений сигнализации, обнаружения и исправле­ния ошибок;

□ UP (User Part, подсистема пользователя) — отвечает за поддержку поль­зователей и включает в себя части, отвечающие за сеть и телефонию.

Основные достоинства технологии ISDN сводятся к следующему. Эта техно­логия повышает, по сравнению с традиционными модемами, скорость обмена данными по обычной телефонной сети. ISDN позволяет организовывать одно­временно несколько цифровых каналов через один телефонный провод. С по­мощью протоколов объединения каналов базовый интерфейс обмена позволяет достичь скорости передачи данных 128 Кбит/с. Кроме того, время от отправки запроса до установления связи для ISDN в несколько раз меньше. При исполь­зовании ISDN информацию от нескольких отправителей можно комбинировать для передачи по одному каналу, причем ISDN предоставляет единый интерфейс для всех отправителей.

Одним из недостатков технологии ISDN с точки зрения передачи данных является скоростной предел в 1920 Кбит/с и синхронная структура каналов передачи, что не позволяет осуществлять динамическое выделение требуемой пропускной способности. Кроме того, существуют проблемы совместимости оборудования от различных производителей, а для проведения модернизации или развертывания новой сети требуются значительные капиталовложения.

Развитие ISDN и ее внедрение на пользовательский рынок имело скач­кообразный характер. В начальный период развития было внедрено большое количество различных типов устройств ISDN, разработанных крупными теле­коммуникационными компаниями. Зачастую отдельные разработки были не совместимы друг с другом. В 80-х годах данная технология из-за проблем сов­местимости и дороговизны оборудования развивалась очень медленными темпа­ми. Однако в начале 90-х годов интерес к ней вновь значительно повысился.

Как было указано ранее, ПТТ агентства большинства стран ускоренными темпами совершенствуют существующие КТСОП для повсеместного внедре­ния цифровых сетей. Когда этот процесс будет завершен, в каждой выходной точке сети станет доступным полностью цифровой высокоскоростной интер­фейс. Более того, поскольку новые сети будут использовать только цифровые режимы передачи и коммутации, можно будет обеспечить очень быстрое уста­новление соединений для всех типов вызовов: локальных, национальных и меж­национальных. Предполагается, что новый интерфейс пользователя будет на­столько емким, что сделает возможным совместный режим передачи речи и данных. Поэтому такие сети называют цифровыми сетями с интеграцией услуг (ЦСИУ).

Учитывая далеко идущие последствия внедрения таких сетей, МККТТ уже разработал проекты ряда стандартов на интерфейс оборудования с этими сетями, они называются рекомендациями серии I. Приведем обзор различных типов интерфейса пользователя, предложенных для использования с ЦСИУ, а также назначение некоторых из рекомендаций серии I.

3.4.1 Интерфейсы пользователя

В настоящее время разработан набор многоцелевых интерфейсов пользователя (абонента) с ЦСИУ (рис. 3.14), для которых основной обеспечиваемой службой является речевая связь, как и для существующих телефонных сетей. При этом в силу того, что пользовательский разъем является цифровым, речевой поток до передачи по сети должен быть сначала преобразован в цифровую форму в аппаратуре пользователя, а затем после приема необходимо выполнить обратное преобразование. Так как ско­рость битов, требуемая для передачи звука в цифровой форме, равна 64 кбит/с, то интерфейс пользователя должен обеспечить скорость, в несколько раз пре­вышающую указанную.

Во втором примере на рис. 3.14 тот же разъем (но с другим пользователь­ским терминалом) используется для обеспечения коммутации каналов при передаче данных. Основная скорость битов будет равна 64 кбит/с. Кроме того, использование цифровой передачи и коммутации обеспечит очень быстрое установление соединения. Третий пример иллюстрирует возможность исполь­зования разъема в качестве интегрированного звукового и цифрового оконеч­ного устройства при их параллельном функционировании.

Четвертый пример показывает, что при соответствующем терминале ос­новной разъем может быть использован еще и для доступа к службам комму­тации пакетов. Это может быть осуществлено со скоростями 64 и 16 кбит/с.

В этих примерах ЦСИУ используют только в коммутируемом тракте пе­редачи, называемом службами переноса. Предполагается, однако, что ПТТ органы обеспечат дополнительное более совершенное оборудование, позволя­ющее применять ЦСИУ в качестве высокопроизводительных Телетексных, Факсимильных или Видеотексных сетей. В совокупности последние называют телесервисами (рис. 3.14, б).

Конкретнее: Телетексная сеть обеспечивает уни­версальный обмен сообщениями (содержащими алфавитно-цифровые и графи­ческие символы) между сходными терминалами; Факсимильная сеть — элект­ронную передачу сканируемых изображений документов между сходными тер­миналами и, наконец, сеть Видеотексная — получение доступа к удаленному компьютеру, находящемуся в ведении органов ПТТ и содержащему, напри­мер, специальные базы данных, например биржевые ведомства или цены ак­ций.

Рис. 3.14 Служба переноса (а) и телесервиса (б) пользователя, поставляемые ЦСИУ

3.4.2 Точки доступа к сети

Принимая во внимание этот широкий спектр приложений, ведомства ПТТ будут поставлять терминальное оборудование сетей (ТОС), содержащее несколько точек доступа (рис. 3.15). Совершенно очевидно, что к тому времени, когда ЦСИУ будут полностью внедрены, пользо­ватели успеют произвести крупные капиталовложения в оборудование, соот­ветствующее ныне действующим стандартам типа стандартов серии Х или У. Чтобы учесть это, было решено, что ТОС, связанные с ЦСИУ, будут обеспечи­вать не только новое поколение оборудования, но и существующие на сегодняш­ний день оборудование и интерфейсы. Это будет достигнуто поставкой различ­ных терминальных адаптеров, выполняющих необходимые функции отображе­ния.

Очевидно, что альтернативные точки доступа R, S и T, показанные на рис. 3.15, подразумевают различный уровень интеллектуальности ТОС. По отношению к Эталонной модели МОС различные точки доступа требуют раз­личного числа уровней протокола. Из рис. 3.16 видно, что для обеспечения основной службы переноса необходим один уровень, для обеспечения таких служб, как коммутируемая звуковая передача и/или терминалы данных, не­обходимы три уровня, а для различных типов телесервисов — до семи уровней протокола.

Рис. 3.15. Точки доступа пользователя к ЦСИУ

Рис. 3.16. Сводное описание доступа пользователя

Рис. 3.17 Сводное описание интерфейса пользователя с сетью

3.4.3 Типы каналов

Основной интерфейс абонентов с ЦСИУ обеспечивает два канала на 64 кбит/с, называемых каналами B, и дополнительный канал на 16 кбит/с, называемый каналом D. Канал D предназначен главным образом для сигнализации: с его помощью ТОС сообщает локальному коммутатору сети ЦСИУ адрес требуемого приемного ТОС. Использование отдельного сигналь­ного канала позволяет существенно сократить время установления вызова. Помимо этого, однако, если учесть, что новый вызов устанавливается сравни­тельно редко, предполагается сделать канал D доступным пользователю на то время, в течение которого он не используется для сигнализации. Поэтому канал D можно использовать еще и для коммутации пакетов. Таким образом, суммар­ная скорость битов, доступная абоненту на основном интерфейсе, равна 144 кбит/с — (2В + D).

Предполагается также сделать возможным использование по требованию высокоскоростных каналов, называемых каналами первичных скоростей, или каналами Н. В настоящее время идет обсуждение скоростей передачи битов, связываемых с данными каналами. Во всяком случае в них включаются каналы Н0 на 384 кбит/с, Н11 на 1536 кбит/с, Н12 на 1920 кбит/с, которые предлага­ются в качестве высокоскоростных выделенных каналов связи (как доступные в настоящее время), а также в качестве коммутируемых каналов для высоко­скоростных телесервисов. Различные интерфейсы и предполагаемый диапазон альтернативных скоростей передачи битов показаны на рис. 3.17.