Современные
информационные технологии/1. Компьютерная инженерия.
Дудникова Н.Н., Боднар А.В., Тришина А.В.
ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ С КОММУТАЦИЕЙ ПАКЕТОВ
Многие общие принципы и механизмы работы
телекоммуникационных сетей применимы и к глобальным сетям. Это в первую очередь
принцип коммутации пакетов, методы управления потоком и надежной доставки
пакетов, построение в виде вторичной сети над инфраструктурой каналов первичной
сети PDH/ SDH/ DWDM.
В то же время глобальные сети имеют много
отличий от локальных сетей. Эти отличия касаются как принципов работы, так и
предъявляемых к ним требованиям. Имеется также специфика в организации
составных глобальных сетей на основе протокола IP, как при их работе
непосредственно через выделенные каналы ("чистые" сети IP), так и при
работе поверх сетей Frame relay и ATM (оверлейные или наложенные сети IP).
Коммутация пакетов в
сетях PSN осуществляется двумя способами:
1) Первый способ ориентирован
на предварительное образование виртуальных каналов. Существуют два типа
виртуальных каналов: коммутируемые и постоянные. Виртуальным каналом называется
логическое соединение, осуществляемое по различным существующим физическим
каналам, которое обеспечивает надежный двухсторонний обмен данными между двумя
узлами.
Коммутируемый
виртуальный канал обмена данными требует установления (устанавливается
динамически), поддержания и завершения сеанса связи каждый раз при обмене
данными между узлами. Постоянный виртуальный канал устанавливается вручную и не
требует сеанса связи, узлы могут обмениваться данными в любой момент, так как
постоянное виртуальное соединение всегда активно.
2) Второй способ основан
на технологии дейтограмм, т.е. на самостоятельном продвижении пакетов в
пакетных сетях без установления логических каналов. В сетях с передачей
дейтограмм маршрутизация пакетов осуществляется на пакетной основе. Пакеты
снабжены адресом назначения, и они независимо друг от друга движутся в узлы
назначения. Таким образом, множество пакетов, которые принадлежат одному
сообщению, могут перемещаться к узлу назначения различными маршрутами. Маршрутизация в глобальных сетях TCP/IP
осуществляется на основе IP-протокола, т.е. основана на самостоятельном
продвижении пакетов. Принцип маршрутизации в глобальных сетях: X.25, Frame
Relay, ATM основан на предварительном образовании виртуального канала и
передаче в пункт назначения пакетов, кадров или ячеек по этому каналу, т.е. по
одному маршруту.
Сети Х.25 являются
первой сетью с коммутацией пакетов и на сегодняшний день самыми
распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми для построения
корпоративных сетей. Сетевой протокол X.25 предназначен для передачи данных
между компьютерами по телефонным сетям. Сети Х.25 разработаны для линий низкого
качества с высоким уровнем помех (для аналоговых телефонных линий) и
обеспечивают передачу данных со скоростью до 64 Кбит/с. Х.25 хорошо работает на
линиях связи низкого качества благодаря применению протоколов подтверждения
установления соединений и коррекции ошибок на канальном и сетевом уровнях.
Стандарт Х.25
определяет интерфейс "пользователь - сеть" в сетях передачи данных
общего пользования или “интерфейс между конечным оборудованием данных и
аппаратурой передачи данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в
сетях передачи данных общего пользования”. Другими словами Х.25 определяет
двухточечный интерфейс (выделенную линию) между пакетным терминальным
оборудованием DTE и оконечным оборудованием передачи данных DCE.
Достоинства сети Х.25:
- высокая надежность, сеть с
гарантированной доставкой информации;
- могут быть использованы как аналоговые,
так и цифровые каналы передачи данных (выделенные и коммутируемые линии связи).
Недостатком сети является значительные
задержки передачи пакетов, поэтому ее невозможно использовать для передачи
голоса и видеоинформации.
В сети Frame Relay используется два типа
виртуальных каналов постоянные (PVC) и коммутируемые виртуальные каналы. На
канальном уровне поток данных структурируется на кадры, поле данных в кадре
имеет переменную величину, но не более 4096 байт. Канальный уровень реализуется
протоколом LAP-F. Протокол LAP-F имеет два режима работы: основной и
управляющий. В основном режиме кадры передаются без преобразования и контроля.
В поле заголовка кадра имеется
информация, которая используется для управления виртуальным соединением в
процессе передачи данных. Виртуальному соединению присваивается определенный
номер (DLCI). DLCI (Data Link Connection Identifier) - идентификатор соединения
канала данных.
Каждый кадр канального уровня содержит
номер логического соединения, который используется для маршрутизации и
коммутации трафика. При этом контроль правильности передачи данных от
отправителя получателю осуществляется на более высоком уровне модели OSI. Коммутируемые виртуальные каналы используются
для передачи импульсного трафика между двумя устройствами DTE. Постоянные
виртуальные каналы применяются для постоянного обмена сообщениями между двумя
устройствами DTE.
Процесс передачи данных через
коммутируемые виртуальные каналы осуществляется следующим образом:
-установление вызова - образуется
коммутируемый логический канал между двумя DTE;
- передача данных по установленному
логическому каналу;
- режим ожидания, когда коммутируемая
виртуальная цепь установлена, но обмен данными не происходит;
-завершение вызова - используется для
завершения сеанса, осуществляется разрыв конкретного виртуального соединения.
Процесс передачи данных через
предварительно установленные постоянные виртуальные каналы осуществляется
следующим образом:
-передача данных по установленному
логическому каналу;
-режим ожидания, когда коммутируемая
виртуальная цепь установлена, но обмен данными не происходит.
Достоинства сети Frame Relay:
-высокая надежность работы сети;
-обеспечивает передачу чувствительный к
временным задержкам трафик (голос, видеоизображение).
Недостатки сети Frame Relay:
- высокая стоимость качественных каналов
связи;
- не обеспечивается достоверность
доставки кадров.
Технология
асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) - технология
передачи данных является одной из перспективных технологий построения
высокоскоростных сетей (от локальных до глобальных). АТМ - это коммуникационная
технология, объединяющая принципы коммутации пакетов и каналов для передачи
информации различного типа.
Технология ATM разрабатывалась для передачи всех видов
трафика, т.е. передачи разнородного трафика (цифровых, голосовых и
мультимедийных данных) по одним и тем же системам и линиям связи. Скорость
передачи данных в магистралях ATM составляет 155 Мбит/с - 2200 Мбит/с.
Преимущества:
-одно из важнейших достоинств АТМ
является обеспечение высокой скорости передачи информации;
-АТМ устраняет различия между локальными
и глобальными сетями, превращая их в единую интегрированную сеть;
-стандарты АТМ обеспечивают передачу
разнородного трафика (цифровых, голосовых и мультимедийных данных) по одним и
тем же системам и линиям связи.
Недостатки:
- высокая стоимость оборудования,
поэтому технологии АТМ тормозится наличием более дешевых технологий;
-
высокие требования к
качеству линий передачи данных.
Таким образом, сегодняшняя
глобальная сеть с коммутацией пакетов должна передавать трафик абонентов и
абонентского оборудования любых типов - к этому ведет процесс конвергенции
сетей всех типов. То есть глобальная сеть должна предоставлять комплексные
услуги: передачу пакетов локальных сетей, передачу пакетов мини-компьютеров и
мэйнфреймов, обмен факсами, передачу трафика офисных АТС, выход в городские, междугородные и
международные телефонные сети, обмен видеоизображениями для организации
видеоконференций, передачу трафика кассовых аппаратов, банкоматов и т.д., и
т.п.
Литература:
1.
Олифер В.Г. Компьютерные
сети. Принципы, технологии, протоколы. Учебное пособие.– Москва, 2003г.
2.
Джорш Скот Хокдавлл.
Анализ и диагностика компьютерных сетей. – Москва, 2002г.