УМК Компьютерные сети ч 1 (для студентов)3 / Обзор коммутируемых сетей

Хабракен с.55

Существуют три вида соединений компьютеров в глобальной сети:

• Связь через коммутируемую телефонную сеть общего назначения с помощью модема

• Связь по выделенной линии

• Коммутируемая связь по одной выделенной линии для многих пользователей

Обзор коммутируемых сетей

Третий способ глобального объединения сетей - коммутация. Коммутируемые сети позволяют нескольким пользователям применять одну и ту же линию. Такие сети не столь дороги, как выделенные линии.

По существу, локальная есть взаимодействует с глобальной через провайдера или непосредственно через телефонную компанию. Исходящие данные попадают В коммутируемую сеть, которую на схемах обычно изображают в виде облака, по­скольку путь информации через нее всякий раз может быть иным (рис. 3.4).

Связь между локальной сетью И коммутируемой сетью общего пользования (public data network - PDN) осуществляется оконечным оборудованием полюова-теля (digital terminal equipment - DTE), таким как маршрутизатор. Между марш­рутизатором и коммутируемой сетью может быть подключено оконечное обору­дование канала передачи данных (data circuit terminating equipment - DCE), например CSU/DSU, которое обеспечивает полосу пропускания и временные установки для передачи данных¹. Сеть общего пользования предоставляет линии и коммутирующее оборудование для передачи данных через облако коммутируе­мой сети.

Существует два тина коммутируемых сетей: с коммутацией каналов и с комму­тацией пакетов.

Коммутация каналов

При коммутации каналов между отправителем и получателем в сети общего пользования устанавливается выделенное соединение. Информация отсылается по каналу (линиям), определенному для данного сеанса. По завершении переда­чи связь прекращается.

Примером технологии с коммутацией каналов может служить цифровая сеть с предоставлением комплексных услуг (integrated services digital network - ISDN). В сетях ISDN, которые выделяются телефонными компаниями, применяются сис­темы цифровой коммутации. Стоимость соединения ISDN зависит от частоты ис­пользования линии, а общая сумма складывается из оплаты соединения и ежеме­сячного абонентского взноса,

Существует две разновидности ISDN: ISDN BRI и ISDN PRI. В интерфейсе BKI (Basic Rate Interface) пользователям предоставляется три канала: два В-ка-нала но 64 Кбит/с и D-канал со скоростью 16 Кбит/с, предназначенный для пере­дачи контрольной информации и настроек. Интерфейс BRI допускает одновре­менную трансляцию голоса и данных по отдельным В-каналам. Однако обычно из двух В-каналов делают один с общей скоростью передачи 128 Кбит/с.

Интерфейс PRI (Primary Rate Interface) разработан для крупных компаний, нуждающихся в большей полосе пропускания. Он основан на линии Т1. которая располагает 23 В-каналами (каждый по 64 Кбит/с). Один D-канал по-прежнему требуется для настроек и контроля соединения.

Коммутация пакетов

В соединениях на основе коммутации пакетов данные разделяются на пакеты не­большого размера, благодаря чему обеспечивается их быстрая и эффективная до­ставка.

Каждый пакет наделен собственной контрольной информацией и коммутиру­ется через сеть независимо от других пакетов. Это означает, что данные могут пе­редаваться различными путями через облако коммутируемой сети и приходить к получателю в измененной последовательности. Тем не менее сведения об оче­редности, содержащиеся в заголовке каждого пакета, позволяют восстановить по­рядок поступивших сообщений.

В сетях с коммутацией пакетов возможно применение виртуальных каналов. Виртуальный канал устанавливает определенный путь через облако сети, по ко­торому передаются все пакеты, предназначенные для конкретного получателя (эти пути могут служить для пересылки пакетов от многих отправителей, по­скольку линии в коммутируемых сетях находятся в общем пользовании). За счет виртуальных каналов в сетях с коммутацией пакетов удается увеличить общую эффективность передачи данных.

Существует несколько технологий коммутации пакетов: Х.25, Frame-Relay, ATM; они описаны в следующем разделе.

Протоколы коммутации пакетов

Сети с коммутацией пакетов появились в конце 70-х годов XX века вместе с про­токолом Х.25. Низкая стоимость таких сетей (в сравнении с выделенными лини­ями) обусловила стремительное развитие соответствующих протоколов. Далее описываются некоторые распространенные протоколы коммутации пакетов.

Х.25

Протокол Х.25 предназначен для сетей общего пользования таких операторов, как AT&T и General Electric, Стек протоколов Х.25 обеспечивает прямую свял* меж ^; локальными сетями с помощью оконечного оборудования пользователя (DTE) И оконечного оборудования канала передачи данных (DCE). DCE предоставляет соединение DTE, например маршрутизатора, непосредственно с глобальной сетью. Поскольку назначение всякой глобальной сети заключается в установлении связи между удаленными друг от друга локальными сетями, сеансы Х.25 состоят иу коммуникаций между DTE. Допустим, у вас есть локальная сеть в Чикаго, под­ключенная к маршрутизатору, который связывает ее с сетью общего пользования. Аналогично в Миннеаполисе имеется подобная локальная сеть, выходящая на сеть общего пользования через маршрутизатор. Протокол Х.25 управляет взаи­модействием между двумя DTE (маршрутизаторами), осуществляя передачу дан­ных (рис. 3.5).

Стек протоколов Х.25 составлен из протоколов, работающих на сетевом, ка­нальном и физическом уровнях модели OSI. Рассмотрим их подробнее:

О протокол пакетного уровня (Packet Layer Protocol - PLP) относится к сете­вому уровню и управляет обменом пакетов между локальными сетями (между маршрутизаторами в Чикаго и Миннеаполисе в рассмотренном выше примере). PLP устанавливает виртуальный канал между устройства­ми оконечного оборудования данных и отвечает за сегментацию и восста­новление последовательности пакетов. Кроме того, PLP закрывает вирту­альный канал по завершении передачи;

О сбалансированный протокол доступа к каналу (Link Access Procedure/ Balanced Protocol - I.AP/B) действует на канальном уровне и обеспечивает безошибочную и упорядоченную доставку кадров;

О протокол физического уровня Х.21 bis отвечает за активацию и дезактива­цию физической среды, соединяющей устройства DTE и DCE.

Протокол Х.25, созданный для коммутируемых телефонных сетей общего пользования с высоким уровнем шумов, выполняет множество проверок на воз­можные ошибки при передаче пакетов. И хотя Х.25 применяется до сих пор, его скоро вытеснят скоростные протоколы коммутации пакетов - Frame-Relay и ATM.

С помощью протокола Х.25 можно организовать виртуальное соединение

двух типов: коммутируемые виртуальные каналы (switched virtual circuit - SVC) устанавливаются для данного сеанса связи и разрываются по его заверше­нии; постоянные виртуальные каналы (permanent virtual circuit - PVC) исполь­зуются для регулярной связи двух пунктов и поддерживают постоянный сеанс связи между сетями

Х.25, протокол с коммутацией пакетов, применяется в коммутируемых те­лефонных сетях общего пользования. Данные.передаются по таким сетям посредством виртуальных каналов. Х.25 работает медленнее, чем другие протоколы глобального взаимодействия, из-за выполнения большого коли­чества проверок на ошибки. Протокол Х.25 обычно используется между оконечным оборудованием пользователя (DTE) и оконечным оборудовани­ем канала передачи данных - оборудованием провайдера (DCE). Устрой­ством РТЕ, как правило, служит маршрутизатор Cisco, а в качестве DCE выступает коммутатор, принадлежащей сети. На рис. 6.6 изображена связь двух маршрутизаторов через облако Х.25;

Frame-Relay - «наследник* протокола Х.25. Он реализует высокоскоростные со­единения между устройствами DTE (такими, как маршрутизаторы и мосты) че­рез волоконно-оптические кабели. Устройства DCE в сетях Frame-Relay пред­ставляют собой коммутаторы среды передачи данных. Протокол Frame-Relay обеспечивает большую скорость, чем Х.25, поскольку избавлен от некоторых фун­кций контроля и проверок на ошибки, которые снижали скорость Х.25.

Frame-Relay применяет постоянные виртуальные соединения в сеансах свя­зи. Сетевой провайдер наделяет их идентификатором канала передачи данных (data link connection identifier - DLCI). Поскольку в интерфейсе Frame-Relay допускается существование нескольких виртуальных соединений, идентифика­тор каждого конкретного канала может функционировать в качестве указателя осуществляющего доставку пакетов по назначению. Это достигается отображени

ем логических адресов (например, IP-адресов) посылающего и принимающего DTK на идентификатор используемого ими виртуального канала.

Frame-Relay - протокол канального уровня с коммутацией пакетов. раз­работанный для применения в сетях ISDN. В настоящее время он вытес­няет протокол Х.25. поскольку также использует виртуальные каналы для определения наилучшего пути между двумя узлами глобальной сети. В со­единениях Frame-Relay устройство DTE (маршрутизатор) подключается к оконечному оборудованию канала передачи данных (например, CSU/ DSU). Большинство устройств CSU/DSU взаимодействую! с маршрутиза­тором посредством кабеля V.35. Кроме того, маршрутизатор можно подсо­единить непосредственно к коммутационному оборудованию. Структура сети Frame-Relay, но существу, такая же, как сети Х.25 (см. рис. 6.6);

О в сетях ISDN для передачи данных, голоса и изображений по существую­щим телефонным линиям используются цифровые технологии. Протокол ISDN является асинхронным, для него необходимо специальное оборудова­ние - модем ISDN.

В протоколах Х.25 и Frame-Relay применяется оконечное оборудование ка­нала передачи данных (CSU/DSU или телефонные коммутаторы), подведен­ное к последовательным портом маршрутизатора. Даже простейший марш­рутизатор низкого класса (например, 2505) может быть сконфигурирован для этих протоколов. В случав ISDN, как правило, необходим соответствую­щий порт, имеющийся только в особых моделях маршрутизаторов.

Асинхронная передача данных

Еще одним способом коммутации пакетов является метод асинхронной передачи данных (asynchronous transfer mode- ATM). ATM - это развитый протокол па­кетной коммутации, работающий с пакетами фиксированного размера (53 байта), которые называются ячейками. Благодаря строго определенному объему пакетов увеличивается скорость передачи данных: коммутационное и маршрутизирующее оборудование быстрее пересылает единообразные ячейки, чем кадры неодинако­вой величины.

Теоретически ATM в состоянии доставить информацию со скоростью до 2,4 Гбит/с, однако реальные цифры варьируются в пределах от 45 до 622 Мбит/с. Скорость в 622 Мбит/с достигается в самой быстрой сетевой среде - оптичес­кой сети ONET (разработка фирмы Bell Communications Research), которая спо­собна передавать голос и данные.

Линии связи и ATM, и Frame-Relay предполагаются бесшумными. Таким обра­зом, в случае ATM не требуется дополнительных средств для проверок на ошибки (что, напомним, снижало скорость коммутации пакетов в Х.25). ATM подходит для магистралей FDDI городских сетей (со скоростью 100 Мбит/с) и выделенных ли­ний ТЗ (45 Мбит/с).

11ет смысли рассматривать здесь технологию ATM с точки зрения конфигури­рования маршрутизаторов, поскольку сети ATM оборудуются не маршрутизато­рами, а специальными коммутаторами, быстро передающими данные от ОДНОГО устройства к другому.