8.3. Различные сети и технологии ткс.

Рассмотрим наиболее распространенные телекоммуникационные системы или территориальные сети связи. К ним относятся Х.25, Frame Relay (FR), IP, ISDN, SDN, ATM. Особенно важным преимуществом той или иной сетевой технологии является ее возможность наиболее полно использовать имеющуюся в распоряжении пользователя полосу пропускания канала связи и адаптироваться к качеству канала.

К технологиям глобальных сетей Интернет относятся сети Х.25, frame relay, SMDS, ATM. Все эти сети, кроме IP, используют маршрутизацию пакетов, основанную на виртуальных каналах между конечными узлами сети.

Сети IP занимают особое положение среди технологий глобальных сетей, так они играют роль технологии объединения сетей любых типов, в том числе и сетей всех остальных глобальных технологий. Таким образом, сети ЕР относятся к более высокоуровневым технологиям, чем технологии собственно глобальных сетей.

Техника виртуальных каналов заключается в разделе операций маршрутизации и коммутации пакетов. Первый пакет таких сетей содержит адрес вызываемого абонента и прокладывает виртуальный путь в сети, настраивая промежуточные коммутаторы. Остальные пакеты проходят по виртуальному каналу в режиме коммутации на основании номера виртуального канала, который является канальным адресом для каждого порта каждого коммутатора.

Техника виртуальных каналов имеет преимущества и недостатки по сравнению с техникой маршрутизации каждого пакета, характерной для сети IP. Преимуществами являются: ускоренная коммутация пакетов по номеру виртуального канала, а также сокращение адресной части пакета, а значит, и избыточности заголовка. К недостаткам следует отнести невозможность распараллеливания потока данных между двумя абонентами по параллельным путям, а также неэффективность установления виртуального пути для кратковременных потоков данных.

Сети и технологии Х.25. Сети Х.25 являются на сегодняшний день «старейшиной» применяемых пакетных сетей и долгое время были единственными доступными сетями с коммутацией пакетов коммерческого типа, в которых давались гарантии коэффициента готовности сети. Стандарт Х.25 «Интерфейс между оконечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных общего пользования.

В соответствии с терминологией ITU - International Telecommunications Union -Международный союз электросвязи - рекомендация Х.25 определяет интерфейс между оконечным оборудованием данных - DTE - Data Terminal Equipment - и оконечным оборудованием сети - DCE - Data-Circuit terminal Equipment - для работы через выделенные каналы.

Сеть коммутации пакетов, являющаяся одним из типов сети с маршрутизацией данных, характеризуется абонентскими и межузловым интерфейсами (рис. 57). Первый из них определяет связь абонентской системы с узлом коммутации пакетов, второй - двух узлов.

Рекомендация Х.25 определяет процессы, описываемые тремя уровнями протоколов: физическим, канальным и сетевым (рис. 58). Транспортный уровень, описываемый рекомендациями Х.25 частично, формирует фрагменты данных, направляемые друг другу прикладными процессами через сеть коммутации пакетов модели взаимодействия открытых систем (ВОС - OSI).

Доступ пользователей к сети Х.25 осуществляется в одном из двух режимов - в пакетном или монопольном.

Трехуровневый стек протоколов Х.25 хорошо работает на зашумленных каналах связи, исправляя ошибки и управляя потоком данных на канальном и пакетном уровнях. Сети Х.25 поддерживают групповое подключение к сети простых алфавитно-цифровых интервалов, но в сетях Х.25 невозможно передавать голосовую и видеоинформацию, а также высокоскоростные потоки данных.

К наиболее распространенными протоколам сети передачи данных относится группа протоколов, определенная рекомендацией Х.25 для сетей коммутации пакетов. Для облегчения передачи информации протокол Х.25/3 определяет 19 типов пакетов, общий формат которых представлен на рис. 59. Первые три байта являются общими для всех типов пакетов. Первый байт содержит поле идентификатора общего формата и поле группового номера логического канала. Поле идентификатора общего формата (четыре бита) предназначено для указания общего формата (структуры) остальной части заголовка, который зависит от типа пакета.

Рекомендация Х.25 допускает одновременное существование некоторого множества сгруппированных между собой логических каналов. Для указания номера группы логического канала, отведенного абонентской системе, и предназначено поле группового номера логического канала. Это поле занимает остальные четыре бита первого байта. Второй байт пакета содержит поле номера логического канала в рамках определенной группы. Таким образом обеспечивается логическая идентификация 4096 логических каналов, из которых 4095 предоставляются пользователю, а один с номером «О» зарезервирован для управления (пакеты рестарта и диагностики). При установлении виртуального соединения абонентская система выбирает свободный логический канал из числа доступных ей каналов.

Рис. 57. Топология интерфейсов сети Х.25

Рис. 58. Структура рекомендации сети Х.25

Рис. 59. Общий формат пакета, определенный протоколом Х.25

Содержимое третьего байта для управляющих пакетов трактуется как поле идентификатора типа пакета (ИТП), а для информационных - байтом последовательности передачи пакетов. К информационным относятся пакеты «данные» и «дейтаграммы», содержащие информацию пользователя. Остальные пакеты являются управляющими и обеспечивают передачу информационных пакетов по сети коммутации пакетов. Идентификация типов пакета осуществляется на основании бита типа пакета (Т), расположенного в третьем байте пакета. Для информационных пакетов значение этого бита равно нулю, а для управляющих пакетов - единице. В свою очередь, по функциональному назначению управляющие пакеты делятся на пакеты:

• установления и завершения соединения;

• управление потоком и повторное установки;

• прерывания;

• повторного пуска.

Бит «М» является признаком продолжения данных и используется для указания цепочки пакетов. Значение М=1 указывает на то, что передается промежуточный пакет и передача пакетов данных на этом не заканчивается. При М=0 пакет данных является последним в цепочке пакетов.

Биты полей P(R) и P(S) используются для переноса номеров квитанций пакета.

Длина поля данных в информационных пакетах может быть равной 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048 или 4096 байтов. По умолчанию длина поля данных считается равной 128 байтам. В управляющих пакетах поле данных вообще может отсутствовать.

Рекомендация Х.25 позволяет организовать четыре способа обмена данных:

• виртуальный вызов;

• постоянная виртуальная цепь;

• вызов с быстрым выбором;

• вызов с быстрым выбором и немедленной считкой.

Сети и технологии Frame Relay (FR) - ретрансляция кадров. Сетью FR называется сеть коммутации кадров, в которой используется технология (протокол) передавчи данных одноименного названия.

Рис. 60. Структура ретрансляции кадров FR

Передача больших потоков информации через информационную сеть потребовала резкого увеличения скоростей передачи данных. В результате появились сети ретрансляции кадров (рис. 60). Технология ретрансляции заключается в сквозной коммутации, обеспечивающей аппаратное распределение в каждом узле интегральной коммутации проходящих кадров по адресам их назначения. При этом в промежуточных узлах коммутации ради получения высоких скоростей не осуществляется контроль достоверности и целостности данных. Он возлагается на конечные узлы коммутации. Последние создают на канальном уровне соединения и управляют потоками данных, выявляют и исправляют ошибки.

Ретрансляция кадров отличается от коммутации пакетов тем, что в рассматриваемом случае от коммутационной сети отсутствуют пакеты. Фрагменты данных, передаваемые прикладным процессом, помещаются непосредственно в кадры, которые передаются не только между смежными системами, но и ретранслируются через всю коммуникационную сеть. Кадр FR-сети имеет минимальную избыточность, то есть доля служебной информации в кадре по отношению к передаваемым данными пользователя минимальна.

Это способствует сокращению времени на передачу фиксированного объема информации.

Сети frame relay работают на весьма упрощенной, по сравнению с сетями Х.25, технологией, которая передает кадры только по протоколу канального уровня - протоколу LAP-F (Link Access Procedure) - процедура доступа к каналу - который работает на любых каналах сети ISDN. Кадры при передаче через коммутатор не подвергаются преобразованиям, из-за чего технология и получила свое название. Важной особенностью технологии FR является концепция резервирования пропускной способности при прокладке в сети виртуального канала, так как эти сети создавались для передачи пульсирующего компьютерного трафика.

Сети технологии ATM.

Гетерогенность - неотъемлемое качество любой крупной вычислительной сети, и на согласование разнородных компонентов системные интеграторы и администраторы тратят большую часть своего времени. Поэтому любое средство, сулящее перспективу снижения неоднородности сети, привлекает внимание и интерес сетевых специалистов. Технология асинхронного режима передачи - Asynchronous Transfer Mode - ATM - разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг, которые называются широкополосными сетями ISDN – Integrated Service Digital Network – цифровая сеть с интеграцией услуг.

Технология ATM является дальнейшим развитием идей предварительного канала, реализованных в технологии frame relay. Она является одной из самых перспективных технологий построения высокоскоростных сетей. Она обеспечивает максимально эффективное использование полосы пропускания каналов связи при передаче различного рода информации: голоса, видеоинформации, данных от самых разных типов устройств -асинхронных терминалов, узлов сетей передачи данных, локальных сетей и т.д. Главное отличие ATM-технологии от других телекоммуникационных технологий заключается в высокой скорости передачи информации (до 10 Гбит/с) и совмещает функции глобальных и локальных сетей. Эффективность ATM-технологии заключается в возможности применения различных интерфейсов для подключения пользователей к сетям ATM. Основные возможности технологии ATM следующие:

• передача в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного (голос, видео) трафика, чувствительного к задержкам, причем для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям;

• иерархия скоростей передачи данных, от десятков мегабит до нескольких гигабит в секунду с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений;

• общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей;

• сохранение имеющейся инфраструктуры физических каналов или физических протоколов;

• взаимодействие с унаследованными протоколами локальных и глобальных сетей.

Технология ATM совмещает в себе подходы двух технологий - коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой она взяла на вооружение передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от второй - технику виртуальных каналов и использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми.

ITU - международный союз электросвязи определены два специфических уровня, связанных с функциями сетей ATM (рис. 61). На уровне адаптации, непосредственно связанным с верхними уровнями области взаимодействия, выполняются следующие функции:

• обеспечение верхними уровнями;

• формирование непрерывной последовательности ячеек, в которых размещаются передаваемые блоки данных;

устранение ошибок, возникающих при передаче.

• 

  Рис. 61. Структура протокола технологии АТМ

Под уровнем адаптации размещается уровень ATM. В отличие от первого он не зависит от задач, выполняемых на верхних уровнях, основан на специфической коммутации блоков данных и имеет следующие особенности:

• мультиплексирование с помощью сегментации логических каналов;

• осуществление маршрутизации с установлением соединения либо без него;

• логическое (а не физическое) распределение ресурсов канала.

Снизу уровень ATM стыкуется с физическим уровнем. На этом уровне особенно перспективно использование оптических каналов. Рассматриваемый уровень определяет, что поток данных, передаваемый через физический канал, в соответствии с выбранной интерфейсной структурой делится на виртуальные маршруты, каждый из которых подразделяется на группу виртуальных каналов. Сети, построенные на основе технологии ATM, являются ядром иерархии разнообразных территориальных сетей и локальных сетей (рис. 62). К базовой сети ATM через маршрутизаторы «М», ретрансляторы кадров «РК» и преобразователи интерфейса «ПИ» подключаются самые разнообразные абоненты.

Движущей силой развития технологии ATM является ее эффективность в обслуживании низкоскоростных приложений и возможность работы на сравнительно низких скоростях (от 2 Мбит/с). Говорить о конкуренции сетей FR и ATM неправомочно, так как в настоящее время FR является основным интерфейсом доступна к сетям ATM, позволяющим обеспечивать передачу по сети ATM разнородного трафика, динамически распределяя полосу пропускания.

Сети и технологии ISDN и SDH.

Цифровые сети с интегральными услугами ISDN - Integrated Service Digital Network - разработаны для объединения в одной сети различных транспортных и прикладных служб. ISDN представляет своим абонентам услуги выделенных каналов, коммутируемых каналов, а также коммутации пакетов и кадров (frame relay). Эти сети относятся к сетям, в которых основным режимам коммутации является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются в цифровой форме.

Архитектура сети ISDN предусматривает несколько видов служб (рис. 63):

• некоммутируемые средства (выделенные цифровые каналы);

• коммутируемая телефонная сеть общего пользования;

• сеть передачи данных с коммутацией каналов;

• сеть передачи данных с коммутацией пакетов;

• сеть передачи данных с трансляцией кадров (режим frame relay);

• средства контроля и управления работой сети.

Как видно из приведенного списка транспортные службы сетей ISDN действительно покрывают очень широкий спектр услуг, включая популярные услуги frame relay. Кроме того, большое внимание уделяется средствам контроля сети, которые позволяют маршрутизировать вызовы для установления соединения с абонентами сети, а также осуществлять мониторинг и управление сетью. Управляемость сети обеспечивается интеллектуальностью коммутаторов и конечных узлов сети, поддерживающих стек протоколов, в том числе и специальных протоколов управления.

Большая полоса пропускания каналов, необходимая для построения сетей ISDN является основным препятствием на пути их распространения, особенно в странах со слаборазвитой инфраструктурой высокоскоростных каналов связи. Построений глобальных связей на основе сетей ISDN в корпоративной сети ограничено в основном организацией удаленного доступа и объединением небольших локальных сетей на основании службы коммутации каналов.

Сети и технологии SDH.

В сетях стандарта SDH - Synchronous Digital Hierarchy - синхронная цифровая иерархия - реализуется технология синхронных волоконно-оптических сетей. Это высокоскоростные сети цифровой связи, которые сроятся на базе оптоволоконных кабельных линий или цифровых радиорелейных линий. Основу инфраструктуры современных высокоскоростных оптических телекоммуникационных сетей (магистральных, региональных или городских) составляют цифровые линии и узлы сети стандарта SDH.

Этот стандарт, определяющий семейство SDH, предназначен для синхронной передачи любых виды данных (звука, речи, неподвижных и движущихся изображений) с помощью световых дискретных сигналов.

Оптическая коммуникационная сеть состоит из оптических узлов коммутации, соединенных друг с другом и абонентских систем с оптическими каналами (рис. 64). При построении сетей SDH используются следующие модули:

• мультиплексоры SDH - это основные функциональные модули

• сетей SDH, предназначенные для сборки высокоскоростного потока информации из низкоскоростных потоков и наоборот;

• коммутаторы обеспечивают связь каналов пользователей путем полупостоянного перекрестного соединения между ними;

• концентраторы - для объединения однобитных потоков удаленных узлов сети в одном распределенном узле;

• регенераторы - устройства мультиплексирования с одним оптическим каналом доступа и одним - двумя выходами, используемыми для увеличения расстояния между узлами сети SDH.

Рис. 62. Иерархия сетей технологии АТМ.

М – маршрутизаторы; РК – Ретрансляторы кадров; ПИ – преобразователи интерфейса

Рис. 63. Службы ISDN

Рис. 64. Структура оптической сети SDH.