Функции уровней

Физический (1) уровень (Physical Layer) - это самый нижний уровень модели, кото­рый отвечает за кодирование передаваемой информации в уровни сигналов, принятые в ис­пользуемой среде передачи, и обратное декодирование. Здесь же определяются требования к соединителям, разъемам, электрическому согласованию, заземлению, защите от помех и т.д. На физическом уровне работают такие сетевые устройства, как трансиверы, репитеры и ре-питерные концентраторы [4, 5].

Канальный (2) уровень или уровень управления линией передачи (Data link Layer) отвечает за формирование пакетов (кадров) стандартного для данной сети (Ethernet, Token-Ring, FDDI) вида, включающих начальное и конечное управляющие поля. Здесь же произво­дится управление доступом к сети, обнаруживаются ошибки передачи путем подсчета кон­трольных сумм, и производится повторная пересылка приемнику ошибочных пакетов. Ка­нальный уровень делится на два подуровня: верхний LLC и нижний MAC. На канальном уровне работают такие промежуточные сетевые устройства, как, например, коммутаторы.

Сетевой (3) уровень (Network Layer) отвечает за адресацию пакетов и перевод логи­ческих имен (логических адресов, например, IP-адресов или IPX-адресов) в физические сете­вые МАС-адреса (и обратно). На этом же уровне решается задача выбора маршрута (пути). по которому пакет доставляется по назначению (если в сети имеется несколько маршрутов). На сетевом уровне действуют такие сложные промежуточные сетевые устройства, как мар­шрутизаторы.

Транспортный (4) уровень (Transport Layer) обеспечивает доставку пакетов без ошибок и потерь, а также в нужной последовательности. Здесь же производится разбивка на блоки передаваемых данных, помещаемые в пакеты, и восстановление принимаемых данных из пакетов. Доставка пакетов возможна как с установлением соединения (виртуального кана­ла), так и без. Транспортный уровень является пограничным и связующим между верхними тремя, сильно зависящими от приложений, и тремя нижними уровнями, сильно привязанны­ми к конкретной сети.

Сеансовый (5) уровень (Session Layer) управляет проведением сеансов связи (то есть устанавливает, поддерживает и прекращает связь). Этот уровень предусматривает три режима установки сеансов: симплексный (передача данных в одном направлении), полудуп­лексный (передача данных поочередно в двух направлениях) и полнодуплексный (передача данных одновременно в двух направлениях). Сеансовый уровень может также вставлять в поток данных специальные контрольные точки, которые позволяют контролировать процесс передачи при разрыве связи. Этот же уровень распознает логические имена абонентов, кон­тролирует предоставленные им права доступа.

Представительский (6) уровень (Presentation Layer) или уровень представления данных определяет и преобразует форматы данных и их синтаксис в форму, удобную для се­ти, то есть выполняет функцию переводчика. Здесь же производится шифрование и дешиф­рирование данных, а при необходимости - и их сжатие. Стандартные форматы существуют для текстовых файлов (ASCII, EBCDIC, HTML), звуковых файлов (MIDI, MPEG, WAV), ри­сунков (JPEG. GIF, TIFF), видео (AVI). Все преобразования форматов делаются на предста­вительском уровне. Если данные передаются в виде двоичного кода, то преобразования фор­мата не требуется.

Прикладной (7) уровень (Application Layer) или уровень приложений обеспечивает услуги, непосредственно поддерживающие приложения пользователя, например, программ­ные средства передачи файлов, доступа к базам данных, средства электронной почты, служ­бу регистрации на сервере. Этот уровень управляет всеми остальными шестью уровнями.

Большинство функций двух нижних уровней модели (1 и 2) обычно реализуются ап-паратно (часть функций уровня 2 - программным драйвером сетевого адаптера). Именно на этих уровнях определяется скорость передачи и топология сети, метод управления обменом и формат пакета, то есть то, что имеет непосредственное отношение к типу сети, например, Ethernet, Token-Ring, FDDI, lOOVG-AnyLAN. Более высокие уровни, как правило, не работа­ют напрямую с конкретной аппаратурой, хотя уровни 3, 4 и 5 еще могут учитывать ее осо­бенности. Уровни 6 и 7 никак не связаны с аппаратурой, замены одного типа аппаратуры на другой они не замечают.

№ 3. Технология сетей ATM

Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode - режим асинхронной передачи) яв­ляется одной из самых перспективных технологий построения высокоскоростных сетей [7].

Она обеспечивает максимально эффективное использование полосы пропускания каналов связи при передаче различного рода информации: голоса, видеоинформации, данных от самых разных типов устройств - асинхронных терминалов, узлов сетей передачи данных, локальных сетей и т.д. (к таким сетям относятся практически все ведомственные сети). Сети, в которых используется ATM-технология, называются ATM-сетями. Эффективность АТМ-технологии заключается в возможности применения различных интерфейсов для подключе­ния пользователей к сетям ATM.

Основные особенности АТМ-технологии [8].

1. ATM - это асинхронная технология, так как пакеты небольшого размера, назы­
ваемые ячейками (cells), передаются по сети, не занимая конкретных временных интервалов,
как это имеет место в 5-каналах сетей ISDM.

2. Технология ATM ориентирована на предварительное (перед передачей информа­
ции) установление соединения между двумя взаимодействующими пунктами. После уста­
новления соединения ATM-ячейки маршрутизируют сами себя, поскольку каждая ячейка
имеет поля, идентифицирующие соединение, к которому она относится.

3. По технологии ATM допускается совместная передача различных видов сигналов,
включая речь, данные, видеосигналы. Достигаемая при этом скорость передачи (от 155
Мбит/с до 2, 2 Гбит/с) может быть обеспечена одному пользователю, рабочей группе или
всей сети. В ATM-ячейке не предусматриваются позиции для определенных видов переда­
ваемой информации, поэтому пропускная способность канала регулируется путем выделения
полосы пропускания потребителю.

4. Поскольку передаваемая информация разбивается на ячейки фиксированного раз­
мера (53 байта), алгоритмы их коммутации реализованы аппаратно, что позволяет устранить
задержки, неизбежные при программной реализации коммутации ячеек.

5. ATM-технология обладает способностью к наращиваемости, т.е. к увеличению
размера сети путем каскадного соединения нескольких АТМ-коммутаторов.

6. Построение ATM-сетей и реализация соответствующих технологий возможны на
основе оптоволоконных линий связи, коаксиальных кабелей, неэкранированной витой пары.
Однако в качестве стандарта на физические каналы для ATM выбран стандарт на оптоволо­
конные каналы связи синхронной цифровой иерархии SDH. Технология мультиплексирова­
ния и коммутации, разработанная для SDH, стала АТМ-технологией.

7. ATM-технологии могут быть реализованы в ATM-сетях практически любой топо­
логии, но оконечное оборудование пользователей подключается к коммутаторам ATM инди­
видуальными линиями по схеме «звезда».

Главное отличие АТМ-технологии от других телекоммуникационных технологий за­ключается в высокой скорости передачи информации (в перспективе - до 10 Гбит/с), причем привязка к какой-либо одной скорости отсутствует. Важным является и то обстоятельство, что ATM-сети совмещают функции глобальных и локальных сетей, обеспечивая идеальные условия для «прозрачной» транспортировки различных видов трафика и доступа к услугам и службам взаимодействующих с сетью АТМ-сетей.

ATM-технология допускает использование как постоянных (PVC), так и коммути­руемых виртуальных каналов (SVC).

Постоянные каналы РУС представляют собой соединение (после предварительной настройки) между взаимодействующими пользователями сети, которое существует постоян­но. Устройства, связываемые постоянным виртуальным каналом, должны вести довольно громоздкие таблицы маршрутизации, отслеживающие все соединения в сети. Следовательно, рабочие станции, соединенные PVC, должны иметь таблицы маршрутизации всех остальных станций сети, что нерационально и может вызывать задержки в передаче.

Коммутируемые виртуальные каналы (SVC) позволяют устранить необходимость ведения сложных таблиц маршрутизации и таким образом повысить эффективность функ­ционирования сети. Здесь соединение устанавливается динамически, при этом используются ATM-маршрутизаторы. В отличие от традиционных маршрутизаторов, которые требуют физического подключения сетевого сегмента к каждому из своих портов, в АТМ-маршрутизаторах используется не физическая архитектура с ориентацией на соединения, а виртуальная сетевая архитектура, ориентированная на протоколы. Такие маршрутизаторы необходимы и удобны для создания виртуальной сети, для которой характерной является возможность переключения пользователей, находящихся в любой точке сети, с одного сег­мента на другой с сохранением виртуального адреса рабочей группы, что упрощает админи­стратору сети задачу учета изменений списка пользователей.

ATM-технология способна обрабатывать трафики различных классов.

В существующих спецификациях предусмотрены четыре класса трафика, которые могут быть в режиме ATM [8].

• Класс А - синхронный трафик с постоянной скоростью передачи и с предваритель­
ным установлением соединения. Протокол, обслуживающий трафик этого класса, предна­
значен для обеспечения потребностей в сетевых услугах при передаче информации с посто­
янной скоростью (передача и прием ATM-ячеек по ATM-пути осуществляются с одной и той
же скоростью). Примеры такого трафика - несжатая речь, видеоинформация.

• Класс В - синхронный трафик с переменной скоростью передачи и с предвари­
тельным установлением соединения (например, сжатая речь, видеоинформация). Здесь, как и
в случае трафика класса А. необходимы синхронизация аппаратуры отправителя и получа­
теля и предварительное установление связи между ними, но допускается переменная ско­
рость передачи. Информация передается через фиксированные промежутки времени, но ее
объем в течение сеанса передачи может изменяться. Если объем передаваемой информации
превышает фиксированный размер одной ячейки, эта информация разбивается на несколько
ячеек, сборка которых осуществляется в пункте назначения.

• Класс С - асинхронный трафик с переменной скоростью передачи и с предвари­
тельным установлением соединения. Здесь синхронизации аппаратуры отправителя и полу­
чателя не требуется. Такой способ передачи необходим в сетях с коммутацией пакетов (сети
Х.25, Интернет, сети с ретрансляцией кадров). Трафик класса С, видимо, станет основным
для передачи информации в глобальных сетях.

• Класс D - асинхронный трафик с переменной скоростью передачи и без установле­
ния соединения. Протокол, управляющий доставкой трафика класса D, разработан для обес­
печения многобитовой коммутации данных без установления соединения. В этом протоколе
предусматривается использование кадров переменной длины: с помощью передатчика каж­
дый кадр делится на сегменты фиксированного размера, которые помещаются в АТ.М-
ячейки; приемник собирает сегменты в исходный кадр, завершая таким образом процесс, ко­
торый называется сегментацией и сборкой. Режим асинхронной передачи основан на кон­
цепции двух оконечных пунктов сети (абонентских систем, терминалов), осуществляющих
связь друг с другом через совокупность промежуточных коммутаторов. При этом использу­
ются интерфейсы двух типов: интерфейс пользователя с сетью (UNI - User-to-Network Inter­
face) и интерфейс между сетями (NNI - Network-lo-Network Interface). UNI соединяет уст-

Соединение между двумя оконечными пунктами сети (напомним, что АТМ-технология ориентирована на предварительное установление соединения) возникает с того момента, когда один из них передает через UNI запрос в сеть. Этот запрос через цепочку ATM-коммутаторов отправляется в пункт назначения для интерпретации. Если узел-адресат принимает запрос на соединение, то в ATM-сети между двумя пунктами организуется вирту­альный канал. UNI-устройства этих пунктов и промежуточные узлы сети (т.е. ATM--коммутаторы) обеспечивают правильную маршрутизацию ячеек за счет того, что каждая ATM-ячейка содержит два поля - идентификатор виртуального пути (VPI - Virtual Path Iden­tifier) и идентификатор виртуального канала (VCI - Virtual Circuit Identifier). Информация, содержащаяся в полях VPI и VCI ATM-ячейки, используется для однозначного решения за­дачи маршрутизации даже в случае, если у оконечной системы организовано несколько вир­туальных связей.

Движущей силой развития технологии ATM является ее эффективность в обслужи­вании низкоскоростных приложений и возможность работы на сравнительно низких скоро­стях (от 2 Мбит/с). Говорить о «конкуренции» сетей FR и ATM неправомочно, так как в на­стоящее время FR является основным интерфейсом доступа к сетям ATM, позволяющим обеспечивать передачу по сети ATM разнородного трафика, динамически распределяя поло­су пропускания.

Совмещение разнородных телекоммуникационных сетей, построенных на базе раз­личных технологий (Х.25, FR, IP и др.), для предоставления пользователям всего спектра ус­луг в настоящее время возможно только при использовании технологии ATM. Возможности этой технологии по совмещению различных ТСС возрастают, несмотря на их существенные различия, главные из которых состоят: в приспособленности к передаче разнородной инфор­мации (данных, голоса, видеоинформации); в возможности полного использования имею­щейся полосы пропускания и адаптации к качеству каналов связи; в наличии и качестве ин­терфейсного оборудования связи с другими сетями; в степени рассредоточенности элементов сети, а также в степени распространенности в том или ином регионе.