Курс лекций "Сетевым технологиям"

Глобальные сети с коммутацией пакетов

Глобальные сети имеют достаточно много отличий от локальных сетей. Эти отличия касаются как принципов работы (например, принципы мар­шрутизации почти во всех типах глобальных сетей, кроме глобальных сетей TCP/IP, основаны на предварительном образовании виртуального канала), так и предъявляемыми к сети требованиями.

Архитектура и терминология

Основные типы потенциальных потребителей услуг глобальных сетей с коммутацией пакетов иллюстрирует рис. 1.

Нужно подчеркнуть, что когда идет речь о передаче трафика офисных АТС или о взаимодействии с городскими, междугородными и международными телефон­ными сетями, то имеется в виду, что этот трафик передается по рассматривае­мой глобальной сети в виде пакетов, то есть речь идет о пакетной телефонии. Большинство территориальных сетей в настоящее время обеспечивают только передачу компьютерных данных, но количе­ство сетей, которые могут передавать остальные типы данных, постоянно растет. Очевидно, что для одновременной передачи пульсирующего и потокового трафиков, порождаемых различными приложениями, глобальная сеть должна под­держивать развитые методы обеспечения качества обслуживания (QоS) и инжи­ниринга трафика (ТЕ).

                                                                      Выход в городскую

или международную

телефонную сеть

Рис. 1. Абоненты глобальной сети

Отметим, что термин «передача данных» в территориальных сетях используется в узком смысле и означает передачу только компьютерных данных, а передачу речи и изображения обычно к передаче данных не относят.

Архитектура глобальной сети в наиболее общем виде представлена на рис. 2. Здесь используются следующие обозначения: S (switch) — коммутатор, К — ком­пьютер, R (router) — маршрутизатор, MUX (multiplexor) — мультиплексор, UNI (User-to-Network Interface) — интерфейс пользователь-сеть и NNI (Network-to-Network Interface) — интерфейс сеть-сеть. Кроме того, офисная АТС обозначена аббревиатурой РВХ, а маленькими черными квадратиками — устройства DCE, о которых будет рассказано ниже.

Сеть строится на основе некоммутируемых (выделенных) каналов связи, ко­торые соединяют коммутаторы глобальной сети между собой.

Коммутаторы в русскоязычной литературе называют также центрами коммутации пакетов (ЦКП), они являются коммутаторами пакетов, которые в разных технологиях глобальных сетей могут иметь и другие названия — кадры, ячейки (cell). Как и в технологиях локальных сетей, принципиальной разницы между этими единицами данных нет, однако в некоторых технологиях есть традицион­ные названия, которые к тому же часто отражают специфику обработки пакетов. Например, кадр технологии frame relay редко называют пакетом, поскольку он не инкапсулируется в кадр или пакет более низкого уровня и обрабатывается протоколом канального уровня. В случае обработки трафика протоколов сетево­го уровня термин «коммутатор» применяется реже, его заменяет термин «маршрутизатор».

Рис. 2. Архитектура глобальной сети с коммутацией пакетов

Коммутаторы устанавливаются в тех географических пунктах, в которых тре­буется ответвление или слияние потоков данных конечных абонентов или ма­гистральных каналов, переносящих данные многих абонентов. Естественно, выбор мест расположения коммутаторов определяется многими соображения­ми, в которые включается также возможность обслуживания коммутаторов квалифицированным персоналом, наличие выделенных каналов связи в данном пункте, надежность сети, определяемая избыточными связями между коммута­торами.

Абоненты сети подключаются к коммутаторам в общем случае также с помощью выделенных каналов связи. Эти каналы связи имеют более низкую пропускную способность, чем магистральные каналы, объединяющие коммутаторы, иначе сеть бы не справилась с потоками данных своих многочисленных пользователей. Для подключения конечных пользователей допускается использование комму­тируемых каналов, то есть каналов телефонных сетей, хотя в таком случае каче­ство транспортных услуг обычно ухудшается. Принципиально замена выделен­ного канала коммутируемым ничего не меняет, но вносятся дополнительные задержки, отказы и разрывы канала по вине сети с коммутацией каналов, кото­рая в таком случае становится промежуточным звеном между пользователем и сетью с коммутацией пакетов. Кроме того, в аналоговых телефонных сетях канал обычно имеет низкое качество из-за высокого уровня шумов. Применение ком­мутируемых каналов на магистральных связях коммутатор-коммутатор также возможно, но по тем же причинам весьма нежелательно.

В глобальных сетях используются те же основные типы кабелей, что и в локальных: на витых медных парах, медный коаксиальный и волоконно-оптические (одномодовые). В каждой стране действуют свои национальные стандарты на кабели для теле­коммуникационных сетей.

В глобальной сети наличие большого количества абонентов с невысоким сред­ним уровнем трафика весьма желательно — именно в этом случае начинают в наибольшей степени проявляться выгоды метода коммутации пакетов. Конечные узлы глобальной сети более разнообразны, чем конечные узлы ло­кальной сети. На рис. 2 показаны основные типы конечных узлов глобальной сети: отдельные компьютеры К, локальные сети, маршрутизаторы R и мульти­плексоры MUX, которые используются для одновременной передачи по компь­ютерной сети данных и голоса (или изображения). Такие мультиплексоры также называют шлюзами, так как они транслируют весь стек протоколов, например, стек протоколов традиционной телефонии в стек протоколов IP-сети с протоко­лами IP-телефонии на прикладном уровне.

Аппаратура передачи данных (АПД) (Data Circuit Terminating Equipment, DCE)

в компьютерных сетях непосредственно присоединяет компьютеры, коммутаторы и маршрутизаторы к линиям связи и является, таким образом, пограничным оборудованием. Традиционно АПД включают в состав линии связи.

В зависимости от типа канала для связи с каналами глобальных сетей используются устройства DCE трех основных типов:

      модемы (для работы по выделенным и коммутируе­мым аналоговым каналам),

      устройства DSU/CSU для подключения к цифровым каналам первичных сетей,

      терминальные адап­теры (ТА) сетей ISDN.

Аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные для передачи по линии связи подключаемая непосредственно к аппаратуре передачи данных носит обобщенное название

оконечные оборудование данных (ООД)

или в англо­язычной терминологии — устройствами Data Terminal Equipment (DTE). Примером DTE является компьютеры, коммутаторы и маршрутизаторы.

Эту аппаратуру не включают в состав лини связи.

Помимо рассмотренного выше оборудования, обеспечивающего качественную передачу сигналов, необходима промежуточная коммутационная аппаратура – мультиплексоры (MUX), демультиплексоры и коммутаторы.

В глобальной сети обычно строго описан и стандартизован интерфейс «пользователь-сеть» (User-to-Network Interface, UNI). Это необходимо для того, чтобы пользователи могли без проблем подключаться к сети с помощью комму­никационного оборудования любого производителя, который соблюдает стан­дарт UNI данной технологии (например, Х.25).

Протоколы взаимодействия коммутаторов внутри глобальной сети, называемые интерфейсом «сеть-сеть» (Network-to-Network Interface, NNI), стандартизуются не всегда. Считается, что организация, создающая глобальную сеть, должна иметь свободу действий, чтобы самостоятельно решать, как должны взаимодействовать внутренние узлы сети между собой. В связи с этим внутренний интерфейс, в слу­чае его стандартизации, носит название «сеть-сеть», a нe «коммутатор-коммута­тор», подчеркивая тот факт, что он должен использовался в основном при взаи­модействии двух территориальных сетей различных операторов. Тем не менее если стандарт NNI принимается, то в соответствии с ним обычно организуется взаимодействие всех коммутаторов сети, а не только пограничных.

Выводы

         Глобальные компьютерные сети (WAN) используются для объединения або­нентов разных типов: отдельных компьютеров разных классов — от мэйнфреймов до персональных компьютеров, локальных компьютерных сетей, удален­ных терминалов.

         Ввиду большой стоимости инфраструктуры глобальной сети существует острая потребность передачи по одной сети всех типов трафика, которые возникают на предприятии, а не только компьютерного: голосового трафика внутренней телефонной сети, работающей на офисных АТС (РВХ), трафика факс-аппа­ратов, видеокамер, кассовых аппаратов, банкоматов и другого производствен­ного оборудования.

         Технологии глобальных сетей определяют два типа интерфейса: «пользова­тель-сеть» (UNI) и «сеть-сеть» (NNI). Интерфейс UNI всегда глубоко дета­лизирован, чтобы обеспечивать подключение к сети оборудования доступа от разных производителей. Интерфейс NNI может быть детализирован не так подробно, так как взаимодействие крупных сетей может обеспечиваться на индивидуальной основе.

1