Сети с коммутацией пакетов

Технология коммутации пакетов очень быстрая, удобная и надежная, поэтому она используется для передачи данных на большие расстояния. Сети, передающие пакеты от множества различных пользователей по многим доступным маршрутам, называются сетями с коммутацией пакетов в соответствии с методом упаковки и пересылки данных.

Исходный блок данных разбивается на отдельные пакеты, которые снабжаются адресом получателя и другой служебной информацией. Этот принцип обеспечивает независимую передачу каждого пакета по сети. Два пакета из одного исходного блока данных могут следовать до адресата по различным маршрутам. При коммутации пакетов каждый пакет передается промежуточными станциями по оптимальному на текущий момент маршруту между источником и получателем. Коммутаторы направляют пакеты по доступным соединениям и маршрутам. Промежуточные станции сети анализируют каждый пакет и передают его по оптимальному маршруту, доступному в данный момент. Сети с коммутацией пакетов высокопроизводительны и эффективны. Чтобы управлять процессом маршрутизации, а также разбивкой данных на пакеты и их восстановлением, компьютеры, контролирующие доставку в сети, и их ПО должны обладать интеллектом. Сети с коммутацией пакетов дешевле, так как предлагают высокоскоростную связь с оплатой только передачи пакета, а не времени соединения.

Большинство сетей с коммутацией пакетов использует виртуальные каналы. Это каналы, состоящие из цепочки логических связей между передающим и принимающим компьютерами. В отличие от постоянного физического соединения между двумя станциями, полоса пропускания в виртуальных каналах предоставляется по требованию. Соединение устанавливается после того, как оба компьютера обменялись информацией и договорились о параметрах связи. К этим параметрам работы канала обычно относятся максимальный размер сообщения и путь пересылки данных. Виртуальные каналы обеспечивают достаточную степень надежности, если установлены следующие параметры связи:

• наличие подтверждений;

• управление потоком данных;

• контроль ошибок.

Виртуальные каналы могут существовать как в течение короткого диалога – временные, так и всего времени работы обменивающихся данными компьютеров – постоянные.

При использовании коммутируемых виртуальных каналов передача данных по сети между конечными компьютерами проходит по конкретному маршруту. Пока не прервано соединение канал занимает сетевые ресурсы и маршрут существует. Постоянный виртуальный канал подобен выделенной линии: существует всегда, но пользователь платит только за время передачи данных по нему.

Передача данных по ГВС

Если рассмотренные технологии не обеспечивают необходимой скорости передачи данных или полосы пропускания, то следует обратиться к более совершенным технологиям. Среди них есть и давно разработанные, и самые передовые, которые по мере развития становятся все более популярными. К таким технологиям относятся:

• X.25;

• Frame Relay;

• Asynchronous Transfer Mode (ATM);

• Integrated Services Digital Network (ISDN);

• Fiber Distributed Data Interface (FDDI);

• Synchronous Optical Network (SONET);

• Switched Multimegabit Data Service (SMDS).

Набор протоколов X.25

X.25 – это набор протоколов для сетей с коммутацией пакетов. Набор был разработан в 1970 г. CCITT. Многие старые общественно доступные сети, особенно за пределами США, используют стандарт X.25. Сети с коммутацией пакетов созданы на основе служб коммутации, первоначальное назначение которых – подключить удаленные терминалы к мэйнфреймам и хост-системам. Для обеспечения оптимальной маршрутизации X.25 использует доступные в данный момент коммутаторы, линии связи и маршруты. Первые сети X.25 пересылали данные по телефонным линиям, при этом из-за ненадежности последних возникало большое количество ошибок, поэтому для X.25 были созданы мощные средства контроля. Повторные передачи для исправления ошибок замедляли работу сети.

X.25 является сетью, ориентированной на соединение. Она поддерживает как коммутируемые, так и постоянные виртуальные каналы. Коммутируемый виртуальный канал (SVC, Switched Virtual Circuit) создается, когда один компьютер посылает пакет с запросом на установление связи с удаленным компьютером. После установления соединения пакеты размером до 128 байт могут посылаться по созданному каналу. X.25 обеспечивает управление потоком, не допуская затопления медленного получателя информацией, посылаемой быстрым отправителем. Постоянный виртуальный канал (PVC, Permanent Virtual Circuit) используется так же, как и коммутируемый, однако устанавливается заблаговременно по соглашению между пользователем и оператором связи. Он присутствует постоянно и подобен выделенной линии.

Frame Relay

Frame Relay – это усовершенствованная быстрая технология коммутации пакетов переменной длины. Разработчики этой технологии отбросили многие функции учета и контроля X.25, которые стали лишними в надежной, защищенной оптоволоконной среде. Frame Relay – система точка-точка, использующая PVC для передачи кадров переменной длины Канального уровня модели OSI. Данные из ЛВС передаются по цифровой арендуемой линии к коммутатору данных сети Frame Relay. Далее они проходят по сети Frame Relay до сети назначения.

Сети Frame Relay приобретают все большую популярность, так как намного быстрее других коммутирующих систем выполняют базовые действия по коммутации пакетов. Высокую скорость в Frame Relay обеспечивает использование PVC, благодаря чему известен весь маршрут между конечными точками. Поэтому устройства Frame Relay избавлены от некоторых традиционных процедур: фрагментации, восстановления, выбора оптимального маршрута. Для передачи данных по сети с использованием технологии Frame Relay необходим совместимый с ней маршрутизатор или мост. Маршрутизатор Frame Relay должен иметь хотя бы один ГВС-порт для подключения к сети Frame Relay и еще один порт – для ЛВС.

Asynchronous Transfer Mode

Asynchronous Transfer Mode (ATM) – это усовершенствованная технология коммутации пакетов, которая обеспечивает высокоскоростную передачу пакетов фиксированной длины через модулированные и немодулированные ЛВС или ГВС. ATM способна передавать данные практически любого типа от речи до мультимегабитных потоков данных. В 1988 г. CCITT определил ATM как часть модулированной цифровой сети комплексных услуг (модулированной ISDN). Благодаря хорошей производительности и гибкости технология ATM в ближайшие годы окажет существенное влияние на развитие всей сетевой связи. Она одинаково пригодна и для ЛВС, и для ГВС и может передавать данные с очень высокой скоростью.

ATM – это модулированный метод ретрансляции ячеек, при котором данные передаются ячейками фиксированной длины по 53 байта. Ячейки содержат 48 байт собственно данных и 5 дополнительных байт заголовка ATM. Например, передавая 1 000-байтный пакет, ATM разобьет его на 21 кадр и поместит каждый кадр в ячейку.

Сетевое оборудование может коммутировать, маршрутизировать и перемещать пакеты фиксированного размера быстрее, чем пакеты произвольного размера. А ячейки стандартного размера позволяют более эффективно использовать буферы и требуют меньшего времени на свою обработку. Одинаковый размер ячеек также упрощает выбор необходимой полосы пропускания. Теоретически пропускная способность ATM достигает 1,2 Гбит/с. В настоящее время скорость ограничена 622 Мбит/с. Большинство серийных плат ATM передает данные со скоростью около 155 Мбит/с.

Вся аппаратура в сети ATM должна быть ATM-совместимой. Поэтому реализация ATM требует полной замены оборудования. Это одна из причин медленного распространения ATM. Технология ATM не ограничена конкретным типом среды передачи. Она способна использовать существующие среды передачи, такие как коаксиальный кабель, витую пару, оптоволоконный кабель. Однако эти традиционные среды передачи не поддерживают всех возможностей ATM. В некоторых сетевых архитектурах, таких как Ethernet и Token Ring, одновременно может вести передачу только один компьютер. ATM снимает это ограничение. Используя коммутаторы в качестве мультиплексоров, ATM позволяет сразу нескольким компьютерам передавать данные.