Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов

В предыдущих разделах рассматривалось построение глобальных связей в корпо­ративной сети на основе выделенных или коммутируемых каналов. Собственно, основные новые проблемы были сосредоточены при этом на физическом и каналь­ном уровнях, так как поверх протоколов этих уровней, специфических для глобаль­ного канала, работали те же сетевые протоколы IP или IPX, которые использовались и для объединения локальных сетей.

520 Глава 6 • Глобальные сети _____________________________________________________________

Однако для глобальных сетей с коммутацией пакетов, таких как Х.25, frame relay или ATM, характерна оригинальная техника маршрутизации пакетов (здесь термин «пакет» используется как родовой для обозначения пакетов Х.25, кадров frame relay и ячеек ATM). Эта техника основана на понятии «виртуальный канал» и обеспечивает эффективную передачу долговременных устойчивых потоков дан­ных.

6.4.1. Принцип коммутации пакетов с использованием техники виртуальных каналов

Техника виртуальных каналов, используемая во всех территориальных сетях с ком­мутацией пакетов, кроме TCP/IP, состоит в следующем.

Прежде чем пакет будет передан через сеть, необходимо установить виртуаль­ное соединение между абонентами сети — терминалами, маршрутизаторами или компьютерами. Существуют два типа виртуальных соединений — коммутируемый виртуальный канал (Switched Virtual Circuit, SVC) и постоянный виртуальный канал (Permanent Virtual Circuit, PVC). При создании коммутируемого виртуального ка­нала коммутаторы сети настраиваются на передачу пакетов динамически, по за­просу абонента, а создание постоянного виртуального канала происходит заранее, причем коммутаторы настраиваются вручную администратором сети, возможно, с привлечением централизованной системы управления сетью.

Смысл создания виртуального канала состоит в том, что маршрутизация паке­тов между коммутаторами сети на основании таблиц маршрутизации происходит только один раз — при создании виртуального канала (имеется в виду создание коммутируемого виртуального канала, поскольку создание постоянного виртуаль­ного канала осуществляется вручную и не требует передачи пакетов по сети). Пос­ле создания виртуального канала передача пакетов коммутаторами происходит на основании так называемых номеров или идентификаторов виртуальных каналов (Virtual Channel Identifier, VCI). Каждому виртуальному каналу присваивается зна­чение VCI на этапе создания виртуального канала, причем это значение имеет не глобальный характер, как адрес абонента, а локальный — каждый коммутатор са­мостоятельно нумерует новый виртуальный канал. Кроме нумерации виртуально­го канала, каждый коммутатор при создании этого канала автоматически настраивает так называемые таблицы коммутации портов — эти таблицы описывают, на какой' порт нужно передать пришедший пакет, если он имеет определенный номер VCI. Так что после прокладки виртуального канала через сеть коммутаторы больше не используют для пакетов этого соединения таблицу маршрутизации, а продвигают пакеты на основании номеров VCI небольшой разрядности. Сами таблицы комму­тации портов также включают обычно меньше записей, чем таблицы маршрутиза­ции, так как хранят данные только о действующих на данный момент соединениях, проходящих через данный порт.

Работа сети по маршрутизации пакетов ускоряется за счет двух факторов. Пер­вый состоит в том, что решение о продвижении пакета принимается быстрее из-за меньшего размера таблицы коммутации. Вторым фактором является уменьшение доли служебной информации в пакетах. Адреса конечных узлов в глобальных се­тях обычно имеют достаточно большую длину — 14-15 десятичных цифр, которые занимают до 8 байт (в технологии ATM - 20 байт) в служебном поле пакета, Но-

6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов 521

мер же виртуального канала обычно занимает 10-12 бит, так что накладные расхо­ды на адресную часть существенно сокращаются, а значит, полезная скорость пере­дачи данных возрастает.

Режим PVC является особенностью технологии маршрутизации пакетов в гло­бальных сетях, в сетях TCP/IP такого режима работы нет. Работа в режиме PVC является наиболее эффективной по критерию производительности сети. Половину работы по маршрутизации пакетов администратор сети уже выполнил, поэтому коммутаторы быстро занимаются продвижением кадров на основе готовых таблиц коммутации портов. Постоянный виртуальный канал подобен выделенному кана­лу в том, что не требуется устанавливать соединение или разъединение. Обмен пакетами по PVC может происходить в любой момент времени. Отличие PVC в сетях Х.25 от выделенной линии типа 64 Кбит/с состоит в том, что пользователь не имеет никаких гарантий относительно действительной пропускной способности PVC. Использование PVC обычно намного дешевле, чем аренда выделенной ли­нии, так как пользователь делит пропускную способность сети с другими пользо­вателями.

Режим продвижения пакетов на основе готовой таблицы коммутации портов обычно называют не маршрутизацией, а коммутацией и относят не к третьему, а ко второму (канальному) уровню стека протоколов.

Принцип маршрутизации пакетов на основе виртуальных каналов поясняется на рис. 6.21. При установлении соединения между конечными узлами использует­ся специальный тип пакета — запрос на установление соединения (обычно называ­емый Call Request), который содержит многоразрядный (в примере семиразрядный) адрес узлах назначений.

Пусть конечный узел с адресом1581120 начинает устанавливать виртуальное соединение с узлом с адресом 1581130. Одновременно с адресом назначения в па­кете Call Request указывается и номер виртуального соединения VC1. Этот номер имеет локальное значение для порта компьютера, через который устанавливается соединение. Через один порт можно установить достаточно большое количество виртуальных соединений, поэтому программное обеспечение протокола глобаль­ной сети в компьютере просто выбирает свободный в данный момент для данного порта номер. Если через порт уже проложено 3 виртуальных соединения, то для нового соединения будет выбран номер 4, по которому всегда можно будет отли­чить пакеты данного соединения от пакетов других соединений, приходящих на этот порт.

Далее пакет типа Call Request с адресом назначения 1581130, номером VCI4 и адресом источника 1581120 отправляется в порт 1 коммутатора К1 сети. Адрес назначения используется для маршрутизации пакета на основании таблиц марш­рутизации, аналогичных таблицам маршрутизации протокола IP, но с более про­стой структурой каждой записи. Запись состоит из адреса назначения и номера порта, на который нужно переслать пакет. Адрес следующего коммутатора не ну­жен, так как все связи между коммутаторами являются связями типа «точка-точ­ка», множественных соединений между портами нет. Стандарты глобальных сетей обычно не описывают какой-либо протокол обмена маршрутной информацией, подобный RIP или OSPF, позволяющий коммутаторам сети автоматически стро­ить таблицы маршрутизации. Поэтому в таких сетях администратор обычно вруч­ную составляет подобную таблицу, указывая для обеспечения отказоустойчивости основной и резервный пути для каждого адреса назначения. Исключением явля-

522 Глава 6 • Глобальные сети ____________________________________________________________

ются сети ATM, для которых разработан протокол маршрутизации PNNI, основан­ный на алгоритме состояния связей.

В приведенном примере в соответствии с таблицей маршрутизации оказалось необходимым передать пакет Call Request с порта 1 на порт 3. Одновременно с передачей пакета маршрутизатор изменяет номер виртуального соединения паке­та — он присваивает пакету первый свободный номер виртуального канала для выходного порта данного коммутатора. Каждый конечный узел и каждый комму­татор ведет свой список занятых и свободных номеров виртуальных соединений для всех своих портов. Изменение номера виртуального канала делается для того, чтобы при продвижении пакетов в обратном направлении (а виртуальные каналы обычно работают в дуплексном режиме), можно было отличить пакеты данного виртуального канала от пакетов других виртуальных каналов, уже проложенных через порт 3. В примере через порт 3 уже проходит несколько виртуальных кана­лов, причем самый старший занятый номер — это номер 9. Поэтому коммутатор меняет номер прокладываемого виртуального канала с 4 на 10.

Кроме таблицы маршрутизации для каждого порта составляется таблица ком­мутации. В таблице коммутации входного порта 1 маршрутизатор отмечает, что в дальнейшем пакеты, прибывшие на этот порт с номером VCI равным 4 должны передаваться на порт 3, причем номер виртуального канала должен быть изменен на 10. Одновременно делается и соответствующая запись в таблице коммутации пор­та 3 — пакеты, пришедшие по виртуальному каналу 10 в обратном направлении нуж­но передавать на порт с номером 1, меняя номер виртуального канала на 4. Таким образом, при получении пакетов в обратном направлении компьютер-отправитель получает пакеты с тем же номером VCI, с которым он отправлял их в сеть.

В результате действия такой схемы пакеты данных уже не несут длинные адреса конечных узлов, а имеют в служебном поле только номер виртуального канала, на основании которого и производится маршрутизация всех пакетов, кроме пакета запроса на установление соединения. В сети прокладывается виртуальный канал, который не изменяется в течение всего времени существования соединения. Его номер меняется от коммутатора к коммутатору, но для конечных узлов он остается постоянным.

6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов 523

За уменьшение служебного заголовка приходится платить невозможностью ба­ланса трафика внутри виртуального соединения. При отказе какого-либо канала соединение приходится также устанавливать заново.

По существу, техника виртуальных каналов позволяет реализовать два режима продвижения пакетов — стандартный режим маршрутизации пакета на основании адреса назначения и режим коммутации пакетов на основании номера виртуально­го канала. Эти режимы применяются поэтапно, причем первый этап состоит в маршрутизации всего одного пакета — запроса на установление соединения.

Техника виртуальных каналов имеет свои достоинства и недостатки по сравне­нию с техникой IP- или IPX-маршрутизации. Маршрутизация каждого пакета без предварительного установления соединения (ни IP, ни IPX не работают с установ­лением соединения) эффективна для кратковременных потоков данных. Кроме того, возможно распараллеливание трафика для повышения производительности сети при наличии параллельных путей в сети. Быстрее отрабатывается отказ маршрути­затора или канала связи, так как последующие пакеты просто пойдут по новому пути (здесь, правда, нужно учесть время установления новой конфигурации в таб­лицах маршрутизации). При использовании виртуальных каналов очень эффек­тивно передаются через сеть долговременные потоки, но для кратковременных этот режим не очень подходит, так как на установление соединения обычно уходит много времени — даже коммутаторы технологии ATM, работающие на очень высо­ких скоростях, тратят на установление соединения по 5-10 мс каждый. Из-за этого обстоятельства компания Ipsilon разработала несколько лет назад технологию IP-switching, которая вводила в сети ATM, работающие по описанному принципу виртуальных каналов, режим передачи ячеек без предварительного установления соединения. Эта технология действительно ускоряла передачу через сеть кратко­временных потоков IP-пакетов, поэтому она стала достаточно популярной, хотя и не приобрела статус стандарта. В главе 5 были рассмотрены методы ускорения маршрутизации трафика IP в локальных сетях. Особенностью всех подобных ме­тодов является ускорение передачи долговременных потоков пакетов. Технология IP-switching делает то же самое, но для кратковременных потоков, что хорошо отражает рассмотренные особенности каждого метода маршрутизации — маршру­тизации на индивидуальной основе или на основе потоков пакетов, для которых прокладывается виртуальный канал.

6.4.2. Сети Х.25

Назначение и структура сетей Х.25

Сети Х.25 являются на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми для построения корпоративных сетей. Ос­новная причина такой ситуации состоит в том, что долгое время сети Х.25 были единственными доступными сетями с коммутацией пакетов коммерческого типа, в которых давались гарантии коэффициента готовности сети. Сеть Internet также имеет долгую историю существования, но как коммерческая сеть она начала эксп­луатироваться совсем недавно, поэтому для корпоративных пользователей выбора не было. Кроме того, сети Х.25 хорошо работают на ненадежных линиях благодаря

524 Глава 6 • Глобальные сети

протоколам с установлением соединения и коррекцией ошибок на двух уровнях — канальном и сетевом.

Стандарт Х.25 «Интерфейс между оконечным оборудованием данных и аппара­турой передачи данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в сетях передачи данных общего пользования» был разработан комитетом CCITT в 1974 году и пересматривался несколько раз. Стандарт наилучшим образом подхо­дит для передачи трафика низкой интенсивности, характерного для терминалов, и в меньшей степени соответствует более высоким требованиям трафика локальных сетей. Как видно из названия, стандарт не описывает внутреннее устройство сети Х.25, а только определяет пользовательский интерфейс с сетью. Взаимодействие двух сетей Х.25 определяет стандарт Х.75.

Технология сетей Х.25 имеет несколько существенных признаков, отличающих ее от других технологий.

• Наличие в структуре сети специального устройства — PAD (Packet Assembler Disassembler), предназначенного для выполнения операции сборки нескольких низкоскоростных потоков байт от алфавитно-цифровых терминалов в пакеты, передаваемые по сети и направляемые компьютерам для обработки. Эти уст­ройства имеют также русскоязычное название «Сборщик-разборщик пакетов», СРП.

• Наличие трехуровневого стека протоколов с использованием на канальном и сетевом уровнях протоколов с установлением соединения, управляющих пото­ками данных и исправляющих ошибки.

• Ориентация на однородные стеки транспортных протоколов во всех узлах сети -сетевой уровень рассчитан на работу только с одним протоколом канального уровня и не может подобно протоколу IP объединять разнородные сети. Сеть Х.25 состоит из коммутаторов (Switches, S), называемых также центрами

коммутации пакетов (ЦКП), расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными выделенными каналами (рис. 6.22). Выделен­ные каналы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми.

6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов 525

Асинхронные старт-стопные терминалы подключаются к сети через устройст­ва PAD. Они могут быть встроенными или удаленными. Встроенный PAD обычно расположен в стойке коммутатора. Терминалы получают доступ ко встроенному устройству PAD по телефонной сети с помощью модемов с асинхронным интер­фейсом. Встроенный PAD также подключается к телефонной сети с помощью не­скольких модемов с асинхронным интерфейсом. Удаленный PAD представляет собой небольшое автономное устройство, подключенное к коммутатору через выделен­ный канал связи Х.25. К удаленному устройству PAD терминалы подключаются по асинхронному интерфейсу, обычно для этой цели используется интерфейс RS-232C. Один PAD обычно обеспечивает доступ для 8, 16 или 24 асинхронных терминалов.

К основным функциям PAD, определенных стандартом Х.З, относятся:

• сборка символов, полученных от асинхронных терминалов, в пакеты;

• разборка полей данных в пакетах и вывод данных на асинхронные терминалы;

• управление процедурами установления соединения и разъединения по сети Х.25 с нужным компьютером;

• передача символов, включающих старт-стопные сигналы и биты проверки на четность, по требованию асинхронного терминала;

• продвижение пакетов при наличии соответствующих условий, таких как запол­нение пакета, истечение времени ожидания и др.

Терминалы не имеют конечных адресов сети Х.25. Адрес присваивается порту PAD, который подключен к коммутатору пакетов Х.25 с помощью выделенного канала.

Несмотря на то что задача подключения «неинтеллектуальных» терминалов к удаленным компьютерам возникает сейчас достаточно редко, функции PAD все еще остаются востребованными. Устройства PAD часто используются для подклю­чения к сетям Х.25 кассовых терминалов и банкоматов, имеющих асинхронный интерфейс RS-232.

Стандарт Х.28 определяет параметры терминала, а также протокол взаимодей­ствия терминала с устройством PAD. При работе на терминале пользователь сна­чала проводит некоторый текстовый диалог с устройством PAD, используя стандартный набор символьных команд. PAD может работать с терминалом в двух режимах: управляющем и передачи данных. В управляющем режиме пользователь с помощью команд может указать адрес компьютера, с которым нужно установить соединение по сети Х.25, а также установить некоторые параметры работы PAD, например выбрать специальный символ для обозначения команды немедленной отправки пакета, установить режим эхо-ответов символов, набираемых на клавиа­туре, от устройства PAD (при этом дисплей не будет отображать символы, набира­емые на клавиатуре до тех пор, пока они не вернутся от PAD — это обычный локальный режим работы терминала с компьютером). При наборе комбинации клавиш Ctrl+P PAD переходит в режим передачи данных и воспринимает все по­следующие символы как данные, которые нужно передать в пакете Х.25 узлу на­значения.

В сущности, протоколы Х.З и Х.28 определяют протокол эмуляции терминала, подобный протоколу telnet стека TCP/IP. Пользователь с помощью устройства PAD устанавливает соединение с нужным компьютером, а затем может вести уже

526 Глава 6 • Глобальные сети

диалог с операционный системой этого компьютера (в режиме передачи данных устройством PAD), запуская нужные программы и просматривая результаты их работы на своем экране, как и при локальном подключении терминала к компью­теру.

Компьютеры и локальные сети обычно подключаются к сети Х.25 непосред­ственно через адаптер Х.25 или маршрутизатор, поддерживающий на своих интер­фейсах протоколы Х.25. Для управления устройствами PAD в сети существует протокол Х.29, с помощью которого узел сети может управлять и конфигуриро­вать PAD удаленно, по сети. При необходимости передачи данных компьютеры, подключенные к сети Х.25 непосредственно, услугами PAD не пользуются, а само­стоятельно устанавливают виртуальные каналы в сети и передают по ним данные в пакетах Х.25.

Адресация в сетях Х.25

Если сеть Х.25 не связана с внешним миром, то она может использовать адрес любой длины (в пределах формата поля адреса) и давать адресам произвольные значения. Максимальная длина поля адреса в пакете Х.25 составляет 16 байт.

Рекомендация Х.121 CCITT определяет международную систему нумерации ад­ресов для сетей передачи данных общего пользования. Если сеть Х.25 хочет обме­ниваться данными с другими сетями Х.25, то в ней нужно придерживаться адресации стандарта Х.121.

Адреса Х.121 (называемые также International Data Numbers, IDN) имеют раз­ную длину, которая может доходить до 14 десятичных знаков. Первые четыре циф­ры IDN называют кодом идентификации сети (Data Network Identification Code, DNIC). DNIC поделен на две части; первая часть (3 цифры) определяет страну, в которой находится сеть, а вторая — номер сети Х.25 в данной стране. Таким образом, внутри каждой страны можно организовать только 10 сетей Х.25. Если же требует­ся перенумеровать больше, чем 10 сетей для одной страны, проблема решается тем, что одной стране дается несколько кодов. Например, Россия имела до 1995 года один код — 250, а в 1995 году ей был выделен еще один код — 251. Остальные цифры называются номером национального терминала (National Terminal Numbe, NTN). Эти цифры позволяют идентифицировать определенный DTE в сети Х.25.

Международные сети Х.25 могут также использовать международный стандарт нумерации абонентов ISO 7498, описанный выше.

По стандарту ISO 7498 для нумерации сетей Х.25 к адресу в формате Х.121 добавляется только один байт префикса, несущий код 36 (использование в адресе только кодов десятичных цифр) или 37 (использование произвольных двоичных комбинаций). Этот код позволяет универсальным коммутаторам, например ком­мутаторам сети ISDN, поддерживающим также и коммутацию пакетов Х.25, авто­матически распознавать тип адреса и правильно выполнять маршрутизацию запроса на установление соединения.

Стек протоколов сети Х.25

Стандарты сетей Х.25 описывают 3 уровня протоколов (рис. 6.23).

• На физическом уровне определены синхронные интерфейсы Х.21 и Х.21 bis к оборудованию передачи данных — либо DSU/CSU, если выделенный канал яв­ляется цифровым, либо к синхронному модему, если канал выделенный.

6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов 527

• На канальном уровне используется подмножество протокола HDLC, обеспечи­вающее возможность автоматической передачи в случае возникновения ошибок в линии. Предусмотрен выбор из двух процедур доступа к каналу: LAP или LAP-B.

• На сетевом уровне определен протокол Х.25/3 обмена пакетами между оконеч­ным оборудованием и сетью передачи данных.

Транспортный уровень может быть реализован в конечных узлах, но он стан­дартом не определяется.

Протокол физического уровня канала связи не оговорен, и это дает возможность использовать каналы разных стандартов.

На канальном уровне обычно используется протокол LAP-B. Этот протокол обес­печивает сбалансированный режим работы, то есть оба узла, участвующих в соеди­нении, равноправны. По протоколу LAP-B устанавливается соединение между пользовательским оборудованием DTE (компьютером, IP- или IPX-маршрутиза­тором) и коммутатором сети. Хотя стандарт это и не оговаривает, но по протоколу LAP-B возможно также установление соединения на канальном уровне внутри сети между непосредственно связанными коммутаторами. Протокол LAP-B почти во всех отношениях идентичен протоколу LLC2, описанному в главе 3, кроме адре­сации. Кадр LAP-B содержит одно однобайтовое адресное поле (а не два — DSAP и SSAP), в котором указывается не адрес службы верхнего уровня, а направление передачи кадра — 0x01 для направления команд от DTE к ВСЕ (в сеть) или отве­тов от ВСЕ к DTE (из сети) и 0x03 для направления ответов от DTE к ВСЕ или команд от ВСЕ к ВТЕ. Поддерживается как нормальный режим (с максимальным окном в 8 кадров и однобайтовым полем управления), так и расширенный режим (с максимальным окном в 128 кадров и двухбайтовым полем управления).

Сетевой уровень Х.25/3 (в стандарте он назван не сетевым, а пакетным уров­нем) реализуется с использованием 14 различных типов пакетов, по назначению аналогичных типам кадров протокола LAP-B. Так как надежную передачу данных обеспечивает протокол LAP-B, протокол Х.25/3 выполняет функции маршрутиза­ции пакетов, установления и разрыва виртуального канала между конечными або­нентами сети и управления потоком пакетов.

После установления соединения на канальном уровне конечный узел должен установить виртуальное соединение с другим конечным узлом сети. Для этого он в кадрах LAP-B посылает пакет Call Request протокола Х.25. Формат пакета Call Request показан на рис. 6.24.

Поля, расположенные в первых трех байтах заголовка пакета, используются во всех типах кадров протокола Х.25. Признаки Q и D и Modulo расположены в старшей части первого байта заголовка. Признак Q предназначен для распознава­ния на сетевом уровне типа информации в поле данных пакета. При получении пакета информация, расположенная в поле данных, а также значение бита Q, пере­дается верхним уровням пользовательского стека протоколов (непосредственно транспортному уровню этого стека). Значение Q=l означает управляющую пользо­вательскую информацию, a Q=0 — данные. Признак D означает подтверждение приема пакета узлом назначения. Обычный механизм подтверждения принятия пакетов с помощью квитанций имеет для протокола Х.25 только локальный смысл -прием пакета подтверждает ближайший коммутатор сети, через который конеч­ный узел запросил и установил виртуальное соединение. Если же узел-источник запросил подтверждение приема конечным узлом, то это подтверждение индици­руется установкой бита D (delivery confirmation) в пакетах, идущих от узла назна­чения.

Признак Modulo говорит о том, по какому модулю — 8 или 128 — ведется нуме­рация пакетов. Значение 10 означает модуль 128, а 01 — модуль 8.

Поле Номер логической группы (Lodical Group Number, LGN) содержит значение номера логической группы виртуального канала. Каналы образуют логические груп­пы по функциональному признаку, например:

• постоянный виртуальный канал;

• коммутируемый виртуальный канал только для входящих сообщений (симп­лексный);

6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов 529

• коммутируемый виртуальный канал только для исходящих сообщений (симп­лексный);

• коммутируемый дуплексный виртуальный канал.

Максимальное количество логических групп — 12, хотя в конкретной сети допу­стимо и меньшее количество.

Поле Номер логического канала (Logical Channel Number, LCN) содержит номер виртуального канала, назначаемый узлом-источником (для коммутируемых вир­туальных каналов) или администратором сети (для постоянных виртуальных ка­налов). Максимальное количество виртуальных каналов, проходящих через один порт, равно 256.

Поле Тип (Туре) указывает тип пакета. Например, для пакета Call Request отве­дено значение типа, равное ОхОВ. Младший бит этого поля определяет, является ли пакет управляющим (бит равен 1) или пакетом данных (бит равен 0). Значение ОхОВ содержит 1 в младшем бите, поэтому это управляющий пакет, а остальные биты в этом случае определяют подтип пакета. В пакете данных остальные биты поля Туре используются для переноса номеров квитанций N(S) и N(R).

Следующие два поля определяют длину адресов назначения и источника (DA и SA) в пакете. Запрос на установление виртуального канала указывает оба адреса. Первый адрес нужен для маршрутизации пакета Call Request, а второй — для при­нятия решения узлом назначения о возможности установления виртуального со­единения с данным узлом-источником. Если узел назначения решает принять запрос, то он должен отправить пакет Call Accepted — «Запрос принят», в котором также указать оба адреса, поменяв их, естественно, местами. Адреса могут иметь произ­вольный формат или же соответствовать требованиям стандарта Х.121 или ISO 7498.

Сами адреса назначения и источника занимают отведенное им количество байт в следующих двух полях.

Поля Длина поля услуг (Facilities length) и Услуги (Facilities) нужны для согласо­вания дополнительных услуг, которые оказывает сеть абоненту. Например, услуга «Идентификатор пользователя сети» позволяет задать идентификатор пользовате­ля (отличный от его сетевого адреса), на основании которого могут оплачиваться счета за пользование сетью. Пользователь с помощью услуги «Согласование пара­метров управления потоком» может попросить сеть использовать нестандартные значения параметров протокола — размера окна, максимального размера поля дан­ных пакета и т. п. Протокол Х.25 допускает следующие максимальные значения длины поля данных: 16, 32, 64, 128, 256, 512 и 1024 байт. Предпочтительной явля­ется длина 128 байт.

Пакет Call Request принимается коммутатором сети и маршрутизируется на основании таблицы маршрутизации, прокладывая при этом виртуальный канал. Начальное значение номера виртуального канала задает пользователь в этом паке­те в поле LCN (аналог поля VCI, упоминавшегося при объяснении принципа уста­новления виртуальных каналов). Протокол маршрутизации для сетей Х.25 не определен.

Для сокращения размера адресных таблиц в коммутаторах в сетях Х.25 реали­зуется принцип агрегирования адресов. Все терминалы, имеющие общий префикс в адресе, подключаются при этом к общему входному коммутатору подсети, соот­ветствующей значению префикса. Например, если путь ко всем терминалам, име­ющим адреса с префиксом 250 720, пролегает через общий коммутатор К1, то в

530 Глава 6 • Глобальные сети

таблице маршрутизации коммутаторов, через которые проходит путь к коммутато­ру К1, помещается единственная запись — 250 720, которая соответствует как ко­нечному узлу 250 720 11, так и конечному узлу 250 720 26. Маски в коммутаторах не используются, а младшие разряды адреса, которые не нужны при маршрутиза­ции, просто опускаются.

После установления виртуального канала конечные узлы обмениваются паке­тами другого формата — формата пакетов данных (пакет Data). Этот формат по­хож на описанный формат пакета Call Request — первые три байта в нем имеют те же поля, а адресные поля и поля услуг отсутствуют. Пакет данных не имеет поля, которое бы определяло тип переносимых в пакете данных, то есть поля, аналогич­ного полю Protocol в IP-пакете. Для устранения этого недостатка первый байт в поле данных всегда интерпретируется как признак типа данных.

Коммутаторы (ЦКП) сетей Х.25 представляют собой гораздо более простые и дешевые устройства по сравнению с маршрутизаторами сетей TCP/IP. Это объяс­няется тем, что они не поддерживают процедур обмена маршрутной информацией и нахождения оптимальных маршрутов, а также не выполняют преобразований форматов кадров канальных протоколов. По принципу работы они ближе к ком­мутаторам локальных сетей, чем к маршрутизаторам. Однако работа, которую вы­полняют коммутаторы Х.25 над пришедшими кадрами, включает больше этапов, чем при продвижении кадров коммутаторами локальных сетей. Коммутатор Х.25 должен принять кадр LAP-B и ответить на него другим кадром LAP-B, в котором подтвердить получение кадра с конкретным номером. При утере или искажении кадра коммутатор должен организовать повторную передачу кадра. Если же с кад­ром LAP-B все в порядке, то коммутатор должен извлечь пакет Х.25, на основании номера виртуального канала определить выходной порт, а затем сформировать новый кадр LAP-B для дальнейшего продвижения пакета. Коммутаторы локальных сетей такой работой не занимаются и просто передают кадр в том виде, в котором он пришел, на выходной порт.

В результате производительность коммутаторов Х.25 оказывается обычно не­высокой — несколько тысяч пакетов в секунду. Для низкоскоростных каналов дос­тупа, которыми много лет пользовались абоненты этой сети (1200-9600 бит/с), такой производительности коммутаторов хватало для работы сети.

Гарантий пропускной способности сеть Х.25 не дает. Максимум, что может сде­лать сеть, — это приоритезировать трафик отдельных виртуальных каналов. При­оритет канала указывается в запросе на установление соединения в поле услуг.

Протоколы сетей Х.25 были специально разработаны для низкоскоростных ли­ний с высоким уровнем помех. Именно такие линии составляют пока большую часть телекоммуникационной структуры нашей страны, поэтому сети Х.25 будут по-прежнему еще долго являться наиболее рациональным выбором для многих регионов.

6.4.3. Сети Frame Relay

Назначение и общая характеристика

Сети frame relay — сравнительно новые сети, которые гораздо лучше подходят для передачи пульсирующего трафика локальных сетей по сравнению с сетями Х.25,

6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов 531

правда, это преимущество проявляется только тогда, когда каналы связи прибли­жаются по качеству к каналам локальных сетей, а для глобальных каналов такое качество обычно достижимо только при использовании волоконно-оптических ка­белей.

Преимущество сетей frame relay заключается в их низкой протокольной избы­точности и дейтаграммном режиме работы, что обеспечивает высокую пропускную способность и небольшие задержки кадров. Надежную передачу кадров техноло­гия frame relay не обеспечивает. Сети frame relay специально разрабатывались как общественные сети для соединения частных локальных сетей. Они обеспечивают скорость передачи данных до 2 Мбит/с.

Особенностью технологии frame relay является гарантированная поддержка ос­новных показателей качества транспортного обслуживания локальных сетей — сред­ней скорости передачи данных по виртуальному каналу при допустимых пульсациях трафика. Кроме технологии frame relay гарантии качества обслуживания на сегодня может предоставить только технология ATM, в то время как остальные технологии предоставляют требуемое качество обслуживания только в режиме «с максималь­ными усилиями» (best effort), то есть без гарантий.

Технология frame relay в сетях ISDN стандартизована как служба. В рекоменда­циях 1.122, вышедших в свет в 1988 году, эта служба входила в число дополнитель­ных служб пакетного режима, но затем уже при пересмотре рекомендаций в 1992-93 гг. она была названа службой frame relay и вошла в число служб режима передачи кадров наряду со службой frame switching. Служба frame switching рабо­тает в режиме гарантированной доставки кадров с регулированием потока. На прак­тике поставщики телекоммуникационных услуг предлагают только службу frame relay.

Технология frame relay сразу привлекла большое внимание ведущих телеком­муникационных компаний и организаций по стандартизации. В ее становлении и стандартизации помимо CCITT (ITU-T) активное участие принимают Frame Relay Forum и комитет T1S1 института ANSI.

Некоммерческую организацию Frame Relay Forum образовали в 1990 году ком­пании Cisco Systems, StrataCom (сегодня — подразделение Cisco Systems), Northern Telecom и Digital Equipment Corporation для развития и конкретизации стандартов CCITT и ANSI. Спецификации Frame Relay Forum носят название FRF и имеют порядковые номера. Спецификации FRF часто стандартизуют те аспекты техноло­гии frame relay, которые еще не нашли свое отражение в стандартах ITU-T и ANSI. Например, спецификация FRF.11 определяет режим передачи голоса по сетям frame relay.

Консорциум Frame Relay Forum разработал спецификацию, отвечающую тре­бованиям базового протокола frame relay, разработанного T1S1 и CCITT. Однако консорциум расширил базовый протокол, включив дополнительные возможности по управлению сетью со стороны пользователя, что очень важно при использова­нии сетей frame relay в сложных составных корпоративных сетях. Эти дополнения к frame relay называют обобщенно Local Management Interface (LMI) — локальный интерфейс управления.

Стандарты ITU-T обычно отличаются высоким уровнем сложности и наличием многих возможностей, которые достаточно трудно воплотить на практике. Специ­фикации Frame Relay Forum упрощают некоторые аспекты стандартов ITU-T или отбрасывают некоторые возможности. Так, технология frame switching не нашла

532 Глава 6 • Глобальные сети

своего отражения в спецификациях FRF, а процедуры создания коммутируемых виртуальных каналов появились в спецификациях FRF позже, чем в стандартах ITU-T, и оказались более простыми.

Стандарты frame relay, как ITU-T/ANSI, так и Frame Relay Forum, определяют два типа виртуальных каналов — постоянные (PVC) и коммутируемые (SVC). Это соответствует потребностям пользователей, так как для соединений, по которым трафик передается почти всегда, больше подходят постоянные каналы, а для со­единений, которые нужны только на несколько часов в месяц, больше подходят коммутируемые каналы.

Однако производители оборудования frame relay и поставщики услуг сетей frame relay начали с поддержки только постоянных виртуальных каналов. Это, естественно, является большим упрощением технологии. Тем не менее в последние годы обору­дование, поддерживающее коммутируемые виртуальные каналы, появилось, и по­явились поставщики, предлагающие такую услугу.

Стек протоколов frame relay

Технология frame relay использует для передачи данных технику виртуальных со­единений, аналогичную той, которая применялась в сетях Х.25, однако стек прото­колов frame relay передает кадры (при установленном виртуальном соединении) по протоколам только физического и канального уровней, в то время как в сетях Х.25 и после установления соединения пользовательские данные передаются про­токолом 3-го уровня.

Кроме того, протокол канального уровня LAP-F в сетях frame relay имеет два режима работы — основной (core) и управляющий (control). В основном режиме, который фактически практикуется в сегодняшних сетях frame relay, кадры переда­ются без преобразования и контроля, как и в коммутаторах локальных сетей. За счет этого сети frame relay обладают весьма высокой производительностью, так как кадры в коммутаторах не подвергаются преобразованию, а сеть не передает кви­танции подтверждения между коммутаторами на каждый пользовательский кадр, как это происходит в сети Х.25. Пульсации трафика передаются сетью frame relay достаточно быстро и без больших задержек.

6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов 533

При таком подходе уменьшаются накладные расходы при передаче пакетов ло­кальных сетей, так как они вкладываются сразу в кадры канального уровня, а не в пакеты сетевого уровня, как это происходит в сетях Х.25.

Структура стека (рис. 6.25) хорошо отражает происхождение технологии frame relay в недрах технологии ISDN, так как сети frame relay заимствуют многое из стека протоколов ISDN, особенно в процедурах установления коммутируемого вир­туального канала.

Основу технологии составляет протокол LAP-F core, который является весь­ма упрощенной версией протокола LAP-D. Протокол LAP-F (стандарт Q.922 ITU-T) работает на любых каналах сети ISDN, а также на каналах типа Т1/Е1. Терминальное оборудование посылает в сеть кадры LAP-F в любой момент вре­мени, считая что виртуальный канал в сети коммутаторов уже проложен. При использовании РУС оборудованию frame relay нужно поддерживать только про­токол LAP-F core.

Протокол LAP-F contol является необязательной надстройкой над LAP-F core, которая выполняет функции контроля доставки кадров и управления потоком. С помощью протокола LAP-F control сетью реализуется служба frame switching.

Для установки коммутируемых виртуальных каналов стандарт ITU-T предла­гает канал D пользовательского интерфейса. На нем по-прежнему работает знако­мый протокол LAP-D, который используется для надежной передачи кадров в сетях ISDN. Поверх этого протокола работает протокол Q.931 или протокол Q.933 (ко­торый является упрощением и модификацией протокола Q.931 ISDN), устанавли­вающий виртуальное соединение на основе адресов конечных абонентов (в стандарте Е.164 или ISO 7498), а также номера виртуального соединения, который в техно­логии frame relay носит название Data Link Connection Identifier — DLCI.

После того как коммутируемый виртуальный канал в сети frame relay установ­лен посредством протоколов LAP-D и Q.931/933, кадры могут транслироваться по протоколу LAP-F, который коммутирует их с помощью таблиц коммутации пор­тов, в которых используются локальные значения DLCI. Протокол LAP-F core выполняет не все функции канального уровня по сравнению с протоколом LAP-D, поэтому ITU-T изображает его на пол-уровня ниже, чем протокол LAP-D, остав­ляя место для функций надежной передачи пакетов протоколу LAP-F control.

Из-за того, что технология frame relay заканчивается на канальном уровне, она хорошо согласуется с идеей инкапсуляции пакетов единого сетевого протокола, например IP, в кадры канального уровня любых сетей, составляющих интерсеть. Процедуры взаимодействия протоколов сетевого уровня с технологией frame relay стандартизованы, например, принята спецификация RFC 1490, определяющая ме­тоды инкапсуляции в трафик frame relay трафика сетевых протоколов и протоко­лов канального уровня локальных сетей и SNA.

Другой особенностью технологии frame relay является отказ от коррекции обна­руженных в кадрах искажений. Протокол frame relay подразумевает, что конечные узлы будут обнаруживать и корректировать ошибки за счет работы протоколов транс­портного или более высоких уровней. Это требует некоторой степени интеллектуаль­ности от конечного оборудования, что по большей части справедливо для современных локальных сетей. В этом отношении технология frame relay близка к технологиям локальных сетей, таким как Ethernet, Token Ring и FDDI, которые тоже только от­брасывают искаженные кадры, но сами не занимаются их повторной передачей. Структура кадра протокола LAP-F приведена на рис. 6.26.

За основу взят формат кадра HDLC, но поле адреса существенно изменило свой формат, а поле управления вообще отсутствует.

Поле номера виртуального соединения (Data Link Connection Identifier, DLCI) состоит из 10 битов, что позволяет использовать до 1024 виртуальных соединений. Поле DLCI может занимать и большее число разрядов — этим управляют признаки ЕАО и ЕА1 (Extended Address — расширенный адрес). Если бит в этом признаке установлен в ноль, то признак называется ЕАО и означает, что в следующем байте имеется продолжение поля адреса, а если бит признака равен 1, то поле называется ЕА1 и индицирует окончание поля адреса.

Десятиразрядный формат DLCI является основным, но при использовании трех байт для адресации поле DLCI имеет длину 16 бит, а при использовании четырех байт — 23 бита.

Стандарты frame relay (ANSI, ITU-T) распределяют адреса DLCI между пользо­вателями и сетью следующим образом:

• 0 — используется для виртуального канала локального управления (LMI);

• 1-15 — зарезервированы для дальнейшего применения;

• 16-991 — используются абонентами для нумерации РУС и SVC;

• 992-1007 — используются сетевой транспортной службой для внутрисетевых соединений;

• 1008-1022 — зарезервированы для дальнейшего применения;

• 1023 — используются для управления канальным уровнем.

Таким образом, в любом интерфейсе frame relay для оконечных устройств пользо­вателя отводится 976 адресов DLCI.

Поле данных может иметь размер до 4056 байт.

Поле C/R имеет обычный для протокола семейства HDLC смысл — это признак «команда-ответ».

Поля DE, FECN и BECN используются протоколом для управлением трафи­ком и поддержания заданного качества обслуживания виртуального канала.

ПРИМЕЧАНИЕ Способность технологии frame relay гарантировать некоторые параметры качества обслуживания (QoS] является ключевой. Именно поэтому данная технология получила широкое распространение и считается одной из самых перспективных технологий глобальных сетей. ______________________________________

Поддержка качества обслуживания

Технология frame relay благодаря особому подходу гарантированно обеспечивает основные параметры качества транспортного обслуживания, необходимые при объе­динении локальных сетей.

6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов 535

Вместо приоритезации трафика используется процедура заказа качества обслу­живания при установлении соединения, отсутствующая в сетях Х.25 и пробиваю­щая себе дорогу в сетях TCP/IP в форме экспериментального протокола RSVP, который пока не поддерживается поставщиками услуг Internet. В технологии frame relay заказ и поддержание качества обслуживания встроен в технологию.

Для каждого виртуального соединения определяется несколько параметров, влияющих на качество обслуживания.

• CIR (Committed Information Rate) — согласованная информационная скорость, с которой сеть будет передавать данные пользователя.

• Be (Committed Burst Size) — согласованный объем пульсации, то есть максималь­ное количество байтов, которое сеть будет передавать от этого пользователя за интервал времени Т.

• Be (Excess Burst Size) — дополнительный объем пульсации, то есть максимальное количество байтов, которое сеть будет пытаться передать сверх установленного значения Вс за интервал времени Т.

Если эти величины определены, то время Т определяется формулой: Т = Bc/CIR. Можно задать значения CIR и Т, тогда производной величиной станет величина всплеска трафика Вс.

Соотношение между параметрами CIR, Be, Be и Т иллюстрирует рис. 6.27.

Гарантий по задержкам передачи кадров технология frame relay не дает, остав­ляя эту услугу сетям ATM.

Основным параметром, по которому абонент и сеть заключают соглашение при установлении виртуального соединения, является согласованная скорость переда­чи данных. Для постоянных виртуальных каналов это соглашение является частью контракта на пользование услугами сети. При установлении коммутируемого вир­туального канала соглашение о качестве обслуживания заключается автоматиче-

536 Главе 6 • Глобальные сети

ски с помощью протокола Q.931/933 — требуемые параметры CIR, Вс и Be переда­ются в пакете запроса на установление соединения.

Так как скорость передачи данных измеряется на каком-то интервале времени, то интервал Т и является таким контрольным интервалом, на котором проверяют­ся условия соглашения. В общем случае пользователь не должен за этот интервал передать в сеть данные со средней скоростью, превосходящей CIR. Если же он нарушает соглашение, то сеть не только не гарантирует доставку кадра, но помеча­ет этот кадр признаком DE (Discard Eligibility), равным 1, то есть как кадр, подле­жащий удалению. Однако кадры, отмеченные таким признаком, удаляются из сети только в том случае, если коммутаторы сети испытывают перегрузки. Если же перегрузок нет, то кадры с признаком DE=1 доставляются адресату.

Такое щадящее поведение сети соответствует случаю, когда общее количество данных, переданных пользователем в сеть за период Т, не превышает объема Вс+Ве. Если же этот порог превышен, то кадр не помечается признаком DE, а немедленно удаляется из сети.

На рис. 6.27 изображен случай, когда за интервал времени Т в сеть по виртуаль­ному каналу поступило 5 кадров. Средняя скорость поступления информации в сеть составила на этом интервале R бит/с, и она оказалась выше CIR. Кадры fl, f2 и f3 доставили в сеть данные, суммарный объем которых не превысил порог Вс, поэтому эти кадры ушли дальше транзитом с признаком DE=0. Данные кадра £ 4, прибавленные к данным кадров fl, f2 и £ 3, уже превысили порог Вс, но еще не превысили порога Вс+Ве, поэтому кадр f4 также ушел дальше, но уже с признаком DE-1. Данные кадра £ 5, прибавленные к данным предыдущих кадров, превысили порог Вс+Ве, поэтому этот кадр был удален из сети.

Для контроля соглашения о параметрах качества обслуживания все коммутато­ры сети frame relay выполняют так называемый алгоритм «дырявого ведра» (Leaky Bucket). Алгоритм использует счетчик С поступивших от пользователя байт. Каждые Т секунд этот счетчик уменьшается на величину Вс (или же сбрасывается в 0, если значение счетчика меньше, чем Вс). Все кадры, данные которых не увеличили значе­ние счетчика свыше порога Вс, пропускаются в сеть со значением признака DE=0. Кадры, данные которых привели к значению счетчика, большему Вс, но меньшему Вс+Ве, также передаются в сеть, но с признаком DE=1. И наконец, кадры, которые привели к значению счетчика, большему Вс+Ве, отбрасываются коммутатором.

Пользователь может договориться о включении не всех параметров качества обслуживания на данном виртуальном канале, а только некоторых.

Например, можно использовать только параметры CIR и Вс. Этот вариант дает более качественное обслуживание, так как кадры никогда не отбрасываются ком­мутатором сразу. Коммутатор только помечает кадры, которые превышают порог Вс за время Т, признаком DE=1. Если сеть не сталкивается с перегрузками, то кадры такого канала всегда доходят до конечного узла, даже если пользователь постоянно нарушает договор с сетью.

Популярен еще один вид заказа на качество обслуживания, при котором огова­ривается только порог Be, а скорость CIR полагается равной нулю. Все кадры такого канала сразу же отмечаются признаком DE=1, но отправляются в сеть, а при превышении порога Be они отбрасываются. Контрольный интервал времени Т в этом случае вычисляется как Be/R, где R — скорость доступа канала.

На рис. 6.28 приведен пример сети frame relay с пятью удаленными региональ­ными отделениями корпорации. Обычно доступ к сети осуществляется каналами с

6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов 537

большей чем CIR пропускной способностью. Но при этом пользователь платит не за пропускную способность канала, а за заказанные величины CIR, Be и Be. Так, при использовании в качестве канала доступа канала Т1 и заказа службы со скоро­стью CIR, равной 128 Кбит/с, пользователь будет платить только за скорость 128 Кбит/с, а скорость канала Т1 в 1, 544 Мбит/с будет влиять на верхнюю грани­цу возможной пульсации Вс+Ве.

Параметры качества обслуживания могут быть различными для разных направ­лений виртуального канала. Так, на рис. 6.28 абонент 1 соединен с абонентом 2 виртуальным каналом с DLCI-136. При направлении от абонента 1 к абоненту 2 канал имеет среднюю скорость 128 Кбит/с с пульсациями Вс-256 Кбит (интервал Т составил 1 с) и Ве-64 Кбит. А при передаче кадров в обратном направлении средняя скорость уже может достигать значения 256 Кбит/с с пульсациями Вс-512 Кбит и Ве-128 Кбит.

Механизм заказа средней пропускной способности и максимальной пульсации является основным механизмом управления потоками кадров в сетях frame relay. Соглашения должны заключаться таким образом, чтобы сумма средних скоростей виртуальных каналов не превосходила возможностей портов коммутаторов. При заказе постоянных каналов за это отвечает администратор, а при установлении коммутируемых виртуальных каналов — программное обеспечение коммутаторов. При правильно взятых на себя обязательствах сеть борется с перегрузками путем удаления кадров с признаком DE-1 и кадров, превысивших порог Вс+Ве.

Тем не менее в технологии frame relay определен еще и дополнительный (необя­зательный) механизм управления кадрами. Это механизм оповещения конечных пользователей о том, что в коммутаторах сети возникли перегрузки (переполнение необработанными кадрами). Бит FECN (Forward Explicit Congestion Bit) кадра извещает об этом принимающую сторону. На основании значения этого бита при­нимающая сторона должна с помощью протоколов более высоких уровней (TCP/IP, SPX и т. п.) известить передающую сторону о том, что та должна снизить интен­сивность отправки пакетов в сеть.

538 Глава 6 • Глобальные сети

Бит BECN (Backward Explicit Congestion Bit) извещает о переполнении в сети передающую сторону и является рекомендацией немедленно снизить темп переда­чи. Бит BECN обычно отрабатывается на уровне устройств доступа к сети frame relay — маршрутизаторов, мультиплексоров и устройств CSU/DSU. Протокол frame relay не требует от устройств, получивших кадры с установленными битами FECN и BECN, немедленного прекращения передачи кадров в данном направлении, как того требуют кадры RNR сетей Х.25. Эти биты должны служить указанием для протоколов более высоких уровней (TCP, SPX, NCP и т. п.) о снижении темпа передачи пакетов. Так как регулирование потока инициируется в разных протоко­лах по-разному — как принимающей стороной, так и передающей, — то разработчи­ки протоколов frame relay учли оба направления снабжения предупреждающей информацией о переполнении сети.

В общем случае биты FECN и BECN могут игнорироваться. Но обычно устрой­ства доступа к сети frame relay (Frame Relay Access Device, FRAD) отрабатывают по крайней мере признак BECN.

При создании коммутируемого виртуального канала параметры качества об­служивания передаются в сеть с помощью протокола Q.931. Этот протокол уста­навливает виртуальное соединение с помощью нескольких служебных пакетов.

Абонент сети frame relay, который хочет установить коммутируемое виртуаль­ное соединение с другим абонентом, должен передать в сеть по каналу D сообще­ние SETUP, которое имеет несколько параметров, в том числе:

• DLCI;

• адрес назначения (в формате Е.164, Х.121 или ISO 7498);

• максимальный размер кадра в данном виртуальном соединении;

• запрашиваемое значение CIR для двух направлений;

• запрашиваемое значение Вс для двух направлений;

• запрашиваемое значение Be для двух направлений.

Коммутатор, с которым соединен пользователь, сразу же передает пользователю пакет CALL PROCEEDING — вызов обрабатывается. Затем он анализирует параметры, указанные в пакете, и если коммутатор может их удовлетворить (располагая, естествен­но, информацией о том, какие виртуальные каналы на каждом порту он уже поддер­живает), то пересылает сообщение SETUP следующему коммутатору. Следующий коммутатор выбирается по таблице маршрутизации. Протокол автоматического со­ставления таблиц маршрутизации для технологии frame relay не определен, поэтому может использоваться фирменный протокол производителя оборудования или же ручное составление таблицы. Если все коммутаторы на пути к конечному узлу соглас­ны принять запрос, то пакет SETUP передается в конечном счете вызываемому або­ненту. Вызываемый абонент немедленно передает в сеть пакет CALL PROCEEDING и начинает обрабатывать запрос. Если запрос принимается, то вызываемый абонент передает в сеть новый пакет — CONNECT, который проходит в обратном порядке по виртуальному пути. Все коммутаторы должны отметить, что данный виртуальный канал принят вызываемым абонентом. При поступлении сообщения CONNECT вы­зывающему абоненту он должен передать в сеть пакет CONNECT ACKNOWLEDGE.

Сеть также должна передать вызываемому абоненту пакет CONNECT ACKNOWLEDGE, и на этом соединение считается установленным. По виртуаль­ному каналу могут передаваться данные.

6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов 539

Использование сетей frame relay

Услуги frame relay обычно предоставляются теми же операторами, которые эксп­луатируют сети Х.25. Большая часть производителей выпускает сейчас коммутато­ры, которые могут работать как по протоколам Х.25, так и по протоколам frame relay.

Технология frame relay начинает занимать в территориальных сетях с коммута­цией пакетов ту же нишу, которую заняла в локальных сетях технология Ethernet. Их роднит то, что они предоставляют только быстрые базовые транспортные услу­ги, доставляя кадры в узел назначения без гарантий, дейтаграммным способом. Однако если кадры теряются, то сеть frame realay, как и сеть Ethernet, не предпри­нимает никаких усилий для их восстановления. Отсюда следует простой вывод — полезная пропускная способность прикладных протоколов при работе через сети frame relay будет зависеть от качества каналов и методов восстановления пакетов на уровнях стека, расположенного над протоколом frame relay. Если каналы каче­ственные, то кадры будут теряться и искажаться редко, так что скорость восста­новления пакетов протоколом TCP или NCP будет вполне приемлема. Если же кадры искажаются и теряются часто, то полезная пропускная способность в сети frame relay может упасть в десятки раз, как это происходит в сетях Ethernet при плохом состоянии кабельной системы.

Поэтому сети frame relay следует применять только при наличии на магист­ральных каналах волоконно-оптических кабелей высокого качества. Каналы досту­па могут быть и на витой паре, как это разрешает интерфейс G.703 или абонентское окончание ISDN. Используемая на каналах доступа аппаратура передачи данных должна обеспечить приемлемый уровень искажения данных — не ниже 10~⁶.

На величины задержек сеть frame relay гарантий не дает, и это основная причи­на, которая сдерживает применение этих сетей для передачи голоса. Передача ви­деоизображения тормозится и другим отличием сетей frame realy от ATM — низкой скоростью доступа в 2 Мбит/с, что для передачи видео часто недостаточно.

Тем не менее многие производители оборудования для сетей frame relay поддержи­вают передачу голоса. Поддержка устройствами доступа заключается в присвое­нии кадрам, переносящим замеры голоса, приоритетов. Магистральные коммутаторы frame relay должны обслуживать такие кадры в первую очередь. Кроме того, жела­тельно, чтобы сеть frame relay, передающая кадры с замерами голоса, была недогру­женной. При этом в коммутаторах не возникают очереди кадров, и средние задержки в очередях близки к нулевым.

Необходимо также соблюдение еще одного условия для качественной передачи голоса — передавать замеры голоса необходимо в кадрах небольших размеров, ина­че на качество будут влиять задержки упаковки замеров в кадр, так называемые задержки пакетизации, которые более подробно рассматриваются в разделе, посвя­щенном технологии ATM.

Для стандартизации механизмов качественной передачи голоса через сеть frame relay выпущена спецификация FRF.11. Однако в ней решены еще не все проблемы передачи голоса, поэтому работа в этом направлении продолжается.

Ввиду преобладания в коммерческих сетях frame relay услуг постоянных ком­мутируемых каналов и гарантированной пропускной способности, эти сети предо­ставляют услуги, очень похожие на услуги дробных выделенных линий Т1/Е1, но только за существенно меньшую плату.

540 Глава 6 • Глобальные сети

При использовании PVC сеть frame relay хорошо подходит для объединения локальных сетей с помощью мостов, так как в этом случае от моста не нужна поддержка механизма установления виртуального канала, что требует некоторого программного «интеллекта». Мост может отправлять кадры протокола Ethernet или FDDI непосредственно в кадрах LAP-F или же может использовать поверх протокола LAP-F протокол РРР. Стандарт Internet RFC 1490 определяет формат заголовка SNAP для случая передачи через сеть frame relay непосредственно кад­ров канального уровня.

Чаще доступ к сетям frame relay реализуют не удаленные мосты, а маршрутизато­ры, которые в случае поддержки на последовательных портах протокола frame relay как основного называют устройствами доступа FRAD (хотя и мост, и любое устрой­ство, которое поддерживает протоколы UNI frame relay, относятся к классу FRAD).

Так как сети frame relay передают кадры с небольшими задержками, с их помо­щью часто передают трафик сетей SNA, особенно в том случае, когда они используют такие чувствительные к задержкам протоколы, как SDLC (фирменный протокол канального уровня компании IBM).

Виртуальные каналы в качестве основы построения корпоративной сети имеют один недостаток — при большом количестве точек доступа и смешанном характере связей необходимо большое количество виртуальных каналов, каждый из которых оплачивается отдельно. В сетях с маршрутизацией отдельных пакетов, таких как TCP/IP, абонент платит только за количество точек доступа, а не за количество связей между ними.

6.4.4. Технология 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 уменьшения неоднородности сети, привлекает пристальный 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 (Broadband-ISDN, B-ISDN).

По планам разработчиков единообразие, обеспечиваемое ATM, будет состоять в том, что одна транспортная технология сможет обеспечить несколько перечислен­ных ниже возможностей.

• Передачу 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.

• Иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит до нескольких гига-бит 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: Т1/Е1, ТЗ/ЕЗ, SDH STM-n, FDDI.

6.4. Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов 541

• Взаимодействие с унаследованными протоколами локальных и глобальных се­тей: IP, SNA, Ethernet, ISDN.

Главная идея технологии асинхронного режима передачи была высказана дос­таточно давно — этот термин ввела лаборатория Bell Labs еще в 1968 году. Основ­ной разрабатываемой технологией тогда была технология TDM с синхронными методами коммутации, основанными на порядковом номере байта в объединенном кадре. Главный недостаток технологии TDM, которую также называют технологи­ей синхронной передачи STM (Synchronous Transfer Mode), заключается в невоз­можности перераспределять пропускную способность объединенного канала между подканалами. В те периоды времени, когда по подканалу не передаются пользова­тельские данные, объединенный канал все равно передает байты этого подканала, заполненные нулями.

Попытки загрузить периоды простоя подканалов приводят к необходимости введения заголовка для данных каждого подканала. В промежуточной технологии STDM (Statistical TDM), которая позволяет заполнять периоды простоя переда­чей пульсаций трафика других подканалов, действительно вводятся заголовки, содержащие номер подканала. Данные при этом оформляются в пакеты, похожие по структуре на пакеты компьютерных сетей. Наличие адреса у каждого пакета позволяет передавать его асинхронно, так как местоположение его относительно данных других подканалов уже не является его адресом. Асинхронные пакеты од­ного подканала вставляются в свободные тайм-слоты другого подканала, но не смешиваются с данными этого подканала, так как имеют собственный адрес.

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 — использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более пред­сказуемыми. С помощью техники виртуальных каналов, предварительного заказа параметров качества обслуживания канала и приоритетного обслуживания вирту­альных каналов с разным качеством обслуживания удается добиться передачи в одной сети разных типов трафика без дискриминации. Хотя сети ISDN также раз­рабатывались для передачи различных видов трафика в рамках одной сети, голосо­вой трафик явно был для разработчиков более приоритетным. Технология ATM с самого начала разрабатывалась как технология, способная обслуживать все виды трафика в соответствии с их требованиями.

Службы верхних уровней сети B-ISDN должны быть примерно такими же, что и у сети ISDN — это передача факсов, распространение телевизионного изображе­ния, голосовая почта, электронная почта, различные интерактивные службы, на­пример проведение видеоконференций. Высокие скорости технологии ATM создают гораздо больше возможностей для служб верхнего уровня, которые не могли быть реализованы сетями ISDN — например, для передачи цветного телевизионного изоб­ражения необходима полоса пропускания в районе 30 Мбит/с. Технология ISDN такую скорость поддержать не может, а для ATM она не составляет больших про­блем.

Разработку стандартов ATM осуществляет группа организаций под названием ATM Forum под эгидой специального комитета IEEE, а также комитеты ITU-T и ANSI. ATM — это очень сложная технология, требующая стандартизации в самых различных аспектах, поэтому, хотя основное ядро стандартов было принято в 1993 го­ду, работа по стандартизации активно продолжается. Оптимизм внушает тот факт,

542 Глава 6 • Глобальные сети

что в ATM Forum принимают участие практически все заинтересованные сторо­ны — производители телекоммуникационного оборудования, производители обо­рудования локальных сетей, операторы телекоммуникационных сетей и сетевые интеграторы. До широкого распространения технологии ATM по оценкам специа­листов должно пройти еще 5-10 лет. Такой прогноз связан не только с отсутствием полного набора принятых станд