Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети».

Лекция 16.

- Технологии и протоколы глобальных сетей.

- Первичные сети (PDH, SDH/Sonet, DWDM)

- Технология многопротокольной коммутации MPLS

Технологии глобальных сетей

Технология IP позволяет строить составные сети различного типа – как локальные, так и глобальные. Существуют также технологии, разработанные специально для глобальных сетей. Такие технологии реализованы в сетях Х.25, представляющих сегодня только исторический интерес, а также в активно используемых в настоящее время сетях АТМ и Frame Relay. Объединяет эти технологии то, что они построены на основе техники виртуальных каналов.

Этот подход является альтернативным дейтаграммному способу продвижения данных, реализованному в сетях, поддерживающих IP-протокол. Конкуренция между этими двумя принципами передачи данных существует давно, практически с момента появления первых сетей с коммутацией пакетов. Коммерческие сети долго, практически до конца 90х, предпочитали технику виртуальных каналов, поскольку она обеспечивает более высокую степень контролировать соединения и потоки данных, и, соответственно, больше возможностей для рационального распределения ресурсов между пользователями и обеспечения параметров качества обслуживания дифференцированного трафика.

Дейтаграммный же метод взаимодействия узлов сети, напротив, отличаясь простотой связи любого узла сети с любым другим узлом, предоставляет весьма ограниченные возможности контроля над распределением ресурсов между пользователями.

В современных сетях компромисс достигается за счет сочетания обоих этих методов. В составных глобальных сетях значительная часть образующих ее сетей работает на основе техники виртуальных каналов, то есть являющихся сетями АТМ или Frame Relay. В то же время объединение этих сетей происходит на базе дейтаграммного IP-протокола.

Такое многослойное построение глобальных сетей обеспечивает необходимый результат, но усложняет организацию сети, что приводит к частичному дублированию некоторых функций на разных слоях. Например, протоколы маршрутизации работают как в АТМ-сетях, так и на лежащем выше уровне IP.

Попытка более тесной интеграции протоколов IP c методом виртуальных каналов реализована в протоколе MPLS. В этой технологии маршрутизация осуществляется на основе протоколов стека TCP\IP, а продвижение пакетов осуществляется на основетехники виртуальных каналов.

Важным аспектом эффективной работы глобальных сетей является обеспечение высокоскоростного доступа к сетевым магистралям.

Виртуальные каналы в глобальных сетях.

Впервые техника ВК была использована в сети Х.25, которая появилась практически одновременно с сетью Arpanet, давшей начало Интернету и дейтаграммному протоколу IP. В Х.25 реализована надежная передача данных, что очень ценилось в 70е-80е годы, когда линии связи были в основном аналоговыми и сами по себе не могли обеспечить надежную передачу данных.

Распространение в середине 80х высокоскоростных и надежных цифровых каналов связи сделало функции Х.25 по надежной передаче данных избыточными. Следующим этапом было создание технологии Frame Relay. Освободившись от многих, ставшими ненужными, «обязанностей», эта технология выполняет минимум функций, необходимый для доставки кадров адресату. С другой стороны, возможности Frame Relay по сравнению с Х.25 расширены за счет поддержки параметров качественного обслуживания для эластичного трафика (нечувствительного к задержкам). Для обслуживания синхронного трафика. Например, голосовой информации, необходимо, дополнительно, обеспечить его приоритетное обслуживание на коммутаторах.

Технология АТМ была задумана как технология, ориентированная на передачу всех видов трафика. Фиксированный малый размер кадра (ячейка) позволяет минимизировать задержки реального времени. В настоящее время стандарт АТМ считается лидером по поддержке качества обслуживания и инжинирингу трафика. Однако платой за высокое качество услуг оказывается техническая сложность и высокая стоимость АТМ-сети, а также проблемы обработки ячеек на сверхвысоких скоростях (10Гбит\с).

Существует два типа ВК.

– постоянный канал создается заранее, коммутаторы настраиваюся заранее администратором сети;

– коммутируемый (динамический) создается по инициативе конечного узла с помощью автоматической процедуры.

Процедура установления коммутируемого виртуального канала подобна процедуре установления соединения в телефонных сетях. При этом создание коммутируемого виртуального канала требует наличия в коммутаторах таблиц маршрутизации – неважно, как они построены: вручную или автоматически с помощью какого-либо протокола. В сетях Х.25 протокол маршрутизации не определен, таблицу маршрутизации заполняются вручную. В сетях Frame Relay и ATM протокол составления таблиц маршрутизации также не определен; может использоваться любой фирменный протокол производителя оборудования, либо таблицы составляются вручную.

Узел-инициатор посылает запрос на установление соединения с узлом назначения, содержащий адрес назначения и начальный идентификатор канала. Запрос посылается коммутатору, выбранному узлом-инициатором на основе собственной таблицы маршрутизации. По мере продвижения запроса каждый коммутатор присваивает каналу свой собственный (локальный) идентификатор и отражает всю информацию о канале в своей таблице коммутации. Далее, на основании этих таблиц, будут передаваться пользовательские данные.

ВК могут быть как однонаправленными, так и двунаправленными.

Сравнение техники виртуальных каналов и техники дейтаграмм.

Протоколы с поддержкой виртуальных каналов требуют предварительного установления соединения, что вносит дополнительную задержку перед передачей данных. Эта задержка сказывается при передаче небольших объемов данных – кратковременных потоков, когда время установления соединения соизмеримо со временем самой передачи данных.

Однако время, затраченное на установку соединения, компенсируется быстрой передачей всего потока пакетов. Ускорение достигается за счет двух факторов:

(а) меньший размер таблиц коммутации (т.к. туда заносятся данные не по каждому пакету отдельно, а по сгруппированным в потоки данным).

(б) сокращается адресная часть в пакетах, т.е. снижается объем служебной информации (адрес указан только в первом пакете – запросе на соединение, далее фигурирует более короткий идентификатор канала).

Преимуществом дейтаграммного продвижения данных является быстрая адаптируемость к изменениям топологии сети, связанным, например, с отказами оборудования или перегрузкой линий. При этом дейтаграммы перенаправляются по новому пути, а виртуальный канал разрывается, так что приходится прокладывать его заново в обход отказавших участков.