Автор: Пользователь скрыл имя, 27 Мая 2012 в 04:03, курс лекций
Работа содержит курс лекций по дисциплине "Сетевые технологии"
Switched 56 — это уже зрелая технология. Когда-то эта технология характеризовалась более низкими затратами по сравнению с выделенными линиями и быстродействием, превышающим быстродействие модемов и телефонных линий. Но достижения в области сигнальных методик существенно повысили производительность модемов. Правда, технология Switched 56 все еще предоставляет небольшое преимущество перед так называемыми модемами 56 Кбит/с (несмотря на число в названии, такие модемы не могут поддерживать заявленную скорость передачи данных). На данный момент коммутируемые каналы 56 Кбит/с лучше всего подходят в качестве запасного варианта для выделенных линий.
Линии связи с коммутацией пакетов поддерживают внутренний формат пакетов, который используется для инкапсуляции передаваемых данных. В отличие от линий с коммутацией каналов они не устанавливают выделенного соединения между двумя точками. Вместо этого устройство доступа подключается к коммутируемой инфраструктуре телефонной сети, и пакеты пересылаются через эту коммерческую сеть с коммутацией пакетов (packet switched network — PSN) — способом, не требующим установления логического соединения. Отсутствие четко определенного маршрута между любыми двумя точками привело к общепринятому сравнению всеохватывающей и одновременно бесформенной сети с облаком. В следующих разделах рассматривается два примера сетей с коммутацией пакетов — это хорошо известная сеть Х.25 и ее более молодая родственница, использующая методику ретрансляции кадров (Frame Relay).
Сеть Х.25
Х.25 — это давно известный протокол передачи данных в глобальных сетях, разработанный консультативным комитетом по международной телефонной и телеграфной связи CCITT (теперь эта организация называется Международное телекоммуникационное общество, International Telecommunications Union — ITU). В начале 70-х годов телекоммуникационные компании предложили использующую этот протокол сеть в качестве коммерческой службы.
Спецификации организации ITU иногда обозначаются приставкой ITU-T, где суффикс Т обозначает спецификацию как составную часть телекоммуникационных стандартов ITU.
Протокол Х.25 поддерживает использование как коммутируемых, так и постоянных виртуальных каналов. Коммутируемые виртуальные каналы (SVC — switched virtual circuit) устанавливаются по мере необходимости и ликвидируются по окончании сеанса связи. Постоянные виртуальные каналы (PVC — permanent virtual circuit) являются заранее установленными логическими соединениями между двумя точками коммутируемой сети. Преимущества SVC — это универсальность и возможность использования для установления соединения между любыми двумя точками сети Х.25 по запросу. Их недостатки проявляются в значительном времени обработки запроса на установление соединения, лишь по истечении которого можно обмениваться информацией с другим устройством сети.
Каналы PVC не обладают гибкостью и должны определяться заблаговременно, но их основное преимущество заключается в мгновенном установлении соединения. Таким образом, каналы PVC обычно используются для организации взаимодействия устройств, которым для нормального функционирования необходимо постоянное соединение, тогда как каналы SVC используются для установления соединений по запросу.
Протокол Х.25 предоставляет универсальный набор методик определения и коррекции ошибок, благодаря которому он считается высоконадежным протоколом, имеющем возможность компенсировать влияние электромеханических шумов коммутирующих устройств. Для обеспечения такой надежности протокол Х.25 приносит в жертву производительность. На сегодняшний день, в эру цифровых и оптических соединений, механизмы определения/коррекции ошибок протокола Х.25 являются избыточными. Сейчас эти функции эффективно выполняются собственно коммуникационными устройствами вместо того, чтобы возлагаться на все сетевые устройства. Производительность приложений, которые все еще требуют использования протокола Х.25, может быть повышена в результате его эмуляции в другом канале передачи данных.
Методика ретрансляции кадров является быстрой версией процедуры коммутации пакетов в сетях Х.25 и характеризуется небольшими размерами пакетов, а также менее строгими алгоритмами контроля целостности данных. Эта методика поддерживает передачу пакетов лишь по постоянным виртуальным каналам (PVC) между конечными маршрутизаторами сети. Со временем протоколом ретрансляции кадров будет поддерживаться и передача по каналам SVC, хотя ни один из коммерческих провайдеров службы не определил точных сроков реализации этой возможности.
Конечные точки постоянных виртуальных каналов однозначно определяются с помощью уникальных идентификаторов каналов передачи данных (Data Link Connection Identifier — DLCI). От количества конечных точек в сети с ретрансляцией кадров зависит согласованная скорость передачи информации (committed information rate — C1R). Для каждой пары DLCI выделяется минимальный диапазон полосы пропускания, который можно расширить в случае необходимости. Способ использования идентификаторов DLCI в сетях с ретрансляцией кадров проиллюстрирован на рисунке 9.
Глобальные сети с ретрансляцией кадров разворачиваются путем проведения двухточечной частной линии к ближайшей телефонной станции, предоставляющей подобные услуги. На этой станции данная линия заканчивается коммутатором ретрансляции кадров, который в полной мере или частично связан с другими коммутаторами, составляющими инфраструктуру коммерческой сети с ретрансляцией кадров. Будучи во многом схожими с обычными аналоговыми коммутаторами городской телефонной сети, коммутаторы ретрансляции кадров остаются незаметными для пользователей и их приложений.
РИС.9. Логические пары каналов передачи данных в сети с ретрансляцией кадров.
Основным преимуществом методики ретрансляции кадров является снижение стоимости объединения географически распределенных локальных сетей путем минимизации длины межсетевых соединений. Эти каналы обладают пропускной способностью 1.544 Мбит/с, но переход на согласованную скорость передачи (CIR) позволяет устанавливать между несколькими сетями логические соединения и с более низкой скоростью передачи.
Снижение стоимости межсетевых соединений для двухточечных выделенных линий компенсируется снижением производительности. Методика ретрансляции кадров вводит значительное количество излишних операций кадровой синхронизации и т.п., которые увеличивают поток служебной информации двухточечных выделенных линий. Основная цель, преследуемая при назначении DLCI и выборе CIR линии ретрансляции кадров, заключается в подписке (задействовании) максимума из эффективной пропускной способности 1.024 Мбит/с (общая пропускная способность составляет 1.544 Мбит/с). Это гарантирует, что каждый идентификатор DLCI получит согласованную скорость передачи информации и возможность расширения полосы пропускания при превышении заданной согласованной скорости передачи.
Подписка полосы пропускания (bandwidth subscription) — это выделение полосы пропускания для дробных каналов из общей полосы пропускания основного канала передачи данных. В сетях ретрансляции кадров каждому идентификатору DLCI должна быть приписана соответствующая скорость, которая называется согласованной скоростью передачи данных (CIR).
Следует отметить, что есть возможность определить набор идентификаторов DLCI с суммарной согласованной скоростью передачи большей, чем общая полоса пропускания данного канала передачи данных. Так, например, для канала Т-1 с ретрансляцией кадров можно сконфигурировать согласованные скорости передачи данных 2.048 Мбит/с, тогда как канал обеспечивает пропускную способность 1.544 Мбит/с. Такая ситуация называется превышением установленной пропускной способности (oversubscription), что не приводит к хорошим результатам, поскольку предполагается, что не все DLCI будут активными и поэтому в любой момент не будет достигнута максимальная согласованная скорость передачи данных. Это разумное предположение, но превышение установленной пропускной способности приводит к временному ухудшению функционирования службы во время наибольшей нагрузки на линию. Поэтому старайтесь избегать использования линий с завышенной установленной пропускной способностью.
Линии связи с коммутацией ячеек
Методика коммутации ячеек имеет много общего с коммутацией пакетов. Различие между пакетом и ячейкой сводится к длине этих структур. Пакет — это структура данных переменной длины, тогда как ячейка обладает фиксированной длиной. Самой известной технологией коммутации ячеек является режим асинхронной передачи (Asynchronous Transfer Mode — ATM). Хотя, если посмотреть с технической точки зрения, ATM является технологией коммутации каналов, которую следует классифицировать отдельно.
Стандарт ATM был разработан специально, чтобы воспользоваться преимуществом высокоскоростных каналов типа Т-3 и архитектуры SONET (Synchronous Optical Network — синхронная оптическая сеть).
Асинхронный режим передачи (ATM)
Стандарт ATM разрабатывался с целью создания механизма передачи данных в асинхронном режиме для широкополосных каналов ISDN. Впоследствии оказалось, что этот режим, отличающийся минимальным временем задержки и высокой скоростью передачи, идеально подходит для использования в локальных сетях. Тщательно продуманная рекламная кампания окончательно закрепила за этим стандартом репутацию технологии локальных сетей, не говоря уже о возможностях его применения в глобальных сетях.
В качестве технологии глобальных сетей с коммутацией ячеек асинхронный режим передачи поддерживает пропускную способность 1.544 Мбит/с (DS-1) или 44.736 Мбит/с (DS-3). Тем не менее, скорость передачи данных в значительной степени зависит от географического расположения объектов. Сначала технология ATM могла быть реализована в глобальных сетях только при условии использования постоянных виртуальных каналов, по аналогии с идентификаторами DLCI методики ретрансляции кадров. Но нет никаких сомнений в том, что ATM станет коммутируемой технологией, которая предоставит возможность передачи отдельных ячеек, не требуя при этом установления постоянного виртуального канала или резервирования полосы пропускания.
Выбор коммуникационного оборудования
Как показано на рис. 10, линии связи состоят не только из среды передачи, но и аппаратуры. Даже в том случае, когда линия связи не проходит через первичную сеть, а основана на кабеле, в ее состав входит аппаратура передачи данных.
Рис .10. Состав линии связи
Аппаратура передачи данных (Data Circuit Equipment, DCE) в компьютерных сетях непосредственно присоединяет компьютеры или коммутаторы к линиям связи и является, таким образом, пограничным оборудованием. Традиционно аппаратуру передачи данных включают в состав линии связи. Примерами DCE являются модемы (для телефонных линий), терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства для подключения к цифровым каналам первичных сетей DSU/CSU (Data Service Unit/Circuit Service Unit).
DCE работает на физическом уровне модели OSI, отвечая за передачу информации в физическую среду (в линию) и прием из нее сигналов нужной формы, мощности и частоты. Аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные для передачи по линии связи и подключаемая непосредственно к аппаратуре передачи данных, носит обобщенное название оконечное оборудование данных (Data Terminal Equipment, DTE). Примером DTE могут служить компьютеры, коммутаторы и маршрутизаторы. Эту аппаратуру не включают в состав линии связи.
ПРИМЕЧАНИЕ
Разделение оборудования на DCE и DTE в локальных сетях является достаточно условным. Например, адаптер локальной сети можно считать как принадлежностью компьютера, то есть оборудованием DTE, так и составной частью канала связи, то есть аппаратурой DCE. Точнее, одна часть сетевого адаптера выполняет функции DTE, а его другая, оконечная его часть, непосредственно принимающая и передающая сигналы, относится к DCE.
Для подключения устройств DCE к устройствам DTE (то есть компьютерам или коммутаторам/маршрутизаторам) существуют несколько стандартных интерфейсов. Работают эти устройства на коротких расстояниях друг от друга, как правило, несколько метров.
Промежуточная аппаратура обычно используется на линиях связи большой протяженности. Она решает две основные задачи:
улучшение качества сигнала;
создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети.
В локальных сетях промежуточная аппаратура может совсем не использоваться, если протяженность физической среды — кабелей или радиоэфира — позволяет одному сетевому адаптеру принимать сигналы непосредственно от другого сетевого адаптера без дополнительного усиления. В противном случае применяется промежуточная аппаратура, роль которой здесь играют устройства типа повторителей и концентраторов.
В глобальных сетях необходимо обеспечить качественную передачу сигналов на расстояния в сотни и тысячи километров. Поэтому без усилителей (повышающих мощность сигналов) и регенераторов (наряду с повышением мощности восстанавливающих форму импульсных сигналов, исказившихся при передаче на большое расстояние), установленных через определенные расстояния, построить территориальную линию связи невозможно.
В первичных сетях помимо рассмотренного выше оборудования, обеспечивающего качественную передачу сигналов, необходима промежуточная коммутационная аппаратура — мультиплексоры (MUX), демультиплексоры и коммутаторы.
Эта аппаратура создает между двумя абонентами сети постоянный составной канал из отрезков физической среды — кабелей с усилителями.
В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых линиях промежуточная аппаратура предназначена для усиления аналоговых сигналов, то есть сигналов, которые имеют непрерывный диапазон значений. Такие линии связи традиционно применялись в телефонных сетях для связи телефонных коммутаторов между собой. Для создания высокоскоростных каналов, которые мультиплексируют несколько низкоскоростных аналоговых абонентских каналов, при аналоговом подходе обычно используется техника частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing, FDM).