Использование сетей frame relay

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

Технологии frame relay и Ethernet роднит то, что они предоставляют только быстрые базовые транспортные услуги, доставляя кадры в узел назначения без гарантий, дейтаграммным способом. Если кадры теряются, то сеть frame realay, как и сеть Ethernet, не предпринимает никаких усилий для их восстановления. Отсюда следует - пропускная способность будет зависеть от качества каналов и методов восстановления пакетов на более высоких уровнях.

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, но 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 relay от АТМ - 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.

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.

Виртуальные каналы в качестве основы построения корпоративной сети имеют один недостаток - при большом количестве компьютеров в сети и связей между ними 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 ( компьютеров), а не за количество связей между ними.

Вопросы для самостоятельной работы:

1. Структура сети Х.25 ( составные элементы). Как пользователи могут подключаться к этой сети. Для каких линий связи и каких задач эта сеть наиболее подходит.
2. Отличие сети Frame relay от Х.25. Какое качество она предоставляет и какие физические каналы использует.

Лекция 31. (+) Технология АТМ

Гетерогенность ( объединение разных типов сетей) - неотъемлемое качество любой крупной сети, и на согласование разных компонентов системные администраторы тратят большую часть своего времени. Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, АТМ) разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг, которые называются широкополосными сетями ISDN (Broadband-ISDN, B-ISDN) и сможет обеспечить несколько перечисленных ниже возможностей.

· Передачу компьютерного и мультимедийного (голос, видео) трафика, причем для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям.

· Иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит до нескольких гага-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.

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

Технология АТМ с самого начала разрабатывалась как технология, способная обслуживать все виды трафика в соответствии с их требованиями.

Главный недостаток технологии TDM, 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. В АТМ каждый пакет подканала имеет свой отдельный адрес. 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 извлекаются или вставляются в свободные тайм - слоты другого подканала по мере необходимости.

Основные принципы технологии АТМ

· Сеть АТМ имеет классическую структуру крупной территориальной сети - конечные станции соединяются индивидуальными каналами с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней.

· Коммутаторы АТМ пользуются 20-байтными адресами конечных узлов, которые имеют иерархическую структуру, подобную номеру в телефонной сети, и использует префиксы, соответствующие кодам стран, городов, сетям поставщиков услуг и т. п., что упрощает маршрутизацию, как при использовании агрегированных IP-адресов

· маршрутизация выполняется на основе техники виртуальных каналов.

· Виртуальные соединения могут быть постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC)

· Для ускорения коммутации в больших сетях используется понятие виртуального пути - Virtual Path, который объединяет виртуальные каналы, имеющие в сети АТМ общий маршрут или общую часть маршрута между некоторыми двумя коммутаторами сети.

· Таким образом, идея агрегирования адресов в технологии АТМ применена на двух уровнях - на уровне адресов конечных узлов (работает на стадии установления виртуального канала) и на уровне номеров виртуальных каналов (работает при передаче данных по имеющемуся виртуальному каналу).

· В сетях АТМ таблицы маршрутизации могут строиться администраторами вручную, как и в сетях Х.25, или могут поддерживаться протоколом PNNI, с помощью которого коммутаторы могут строить таблицы маршрутизации автоматически.

· АТМ основывается на технологии SDH/SONET, но использует только 2 скорсти:
- 155 Мбит/с - можно использовать волоконно-оптический кабель или UTP 5
- 622 Мбит/с - только волоконно-оптический кабель одномодовый и многомодовый.

· АТМ также может использовать линии:
- Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ - в глобальных сетях
- FDDI
- 25 Мбит/с
- 155 Мбит/с с передачей ячейками, а не кадрами SDH

· Особенности АТМ этосистема качественного обслуживания разнородного трафика (компьютерного и мультимедийного) таким образом, чтобы каждый тип трафика получил требуемый уровень обслуживания и не рассматривался как «второстепенный».

Трафик вычислительных сетей имеет ярко выраженный асинхронный и пульсирующий характер. Компьютер посылает пакеты в сеть в случайные моменты времени, по мере возникновения в этом необходимости. При этом интенсивность посылки пакетов в сеть и их размер могут изменяться в широких пределах . Чувствительность компьютерного трафика к потерям данных высокая, так как без утраченных данных обойтись нельзя и их необходимо восстановить за счет повторной передачи.

Мультимедийный трафик, передающий, например, голос или изображение, характеризуется малыми пульсациями, высокой чувствительностью к задержкам кадров данных (перерывы в звучании или дергающееся изображение) и низкой чувствительностью к потерям данных (потерю отдельных замеров голоса или кадров изображения можно компенсировать сглаживанием).

На возможности совмещения двух видов трафика большое влияние оказывает размер компьютерных пакетов. Если размер пакета может меняться в широком диапазоне (например, от 29 до 4500 байт, как в технологии FDDI), то даже при придании голосовым пакетам высшего приоритета обслуживания в коммутаторах время ожидания компьютерного пакета может оказаться недопустимо высоким. Например, пакет в 4500 байт будет передаваться в выходной порт на скорости 2 Мбит/с - 18 мс. За это время необходимо через этот же порт передать 144 замера голоса. т.е. произойдет задержка и прерывание голосовой передачи.

Подход, реализованный в технологии АТМ, состоит в передаче любого вида трафика - компьютерного, телефонного или видео - пакетами фиксированной и очень маленькой длины в 53 байта. Пакеты АТМ называют ячейками - cell. Поле данных ячейки занимает 48 байт, а заголовок - 5 байт. Размер ячейки АТМ является результатом компромисса между телефонистами и компьютерщиками - первые настаивали на размере поля данных в 32 байта, а вторые - в 64 байта

Чтобы адрес узла был минимальным по размеру применена техника виртуальных каналов с номером виртуального канала в 24 бит, что достаточно для большого количества виртуальных соединений сети АТМ.

В отличие от Frame Relay, где определен только один параметр качества обслуживания - гарантированная пропускная способность, в АТМ определены 3 критерия:

1. Скорость - постоянная или переменная

2. Синхронизация кадров - контроль задержек кадров

3. Тип спередачи - с установкой или без установки соединения

Пояснения:

Постоянная скорость - данные передаются большим непрерывным потоком
[ характерна для мультимедийных данных ]

Переменная скорость- данные передаются хаотично порциями разной величины
[ характерна для компьютерных данных ]

Синхронизация - контроль задержек между кадрами
[ важен для мультимедийных данных ]

Установка соединения- перед началом передачи данных другими протоколами устанавливается соединение, которое контролирует достоверность передачи данных - тогда АТМ не нужно это контролировать

Без установки соединения - другие протоколы не устанавливают соединение и не контролируют достоверность передачи данных - в этом случае контроль достоверности берет на себя технология АТМ.

В результате было определено пять классов трафика, отличающихся следующими критериями:

А: мультимедийный трафик требует:
- постоянной скорости ( нет пульсаций трафика)
- синхронизации (отсутствия задержек),
- установления соединения

В: компрессированный мультимедийный трафик требует
- переменной скорости ( есть пульсации трафика)
- синхронизации (отсутствия задержек),
- установления соединения

С: компьютерный с установкой соединения трафик:
- переменной скорости ( есть пульсации трафика)
- не нужна синхронизация ,
- установливается соединение

D компьютерный без установки соединения трафик:
- переменной скорости ( есть пульсации трафика)
- не нужна синхронизация,
- без установления соединения

Х Пользовательский: все характеристики задаются пользователе

Одних качественных характеристик, задаваемых классом трафика, оказывается недостаточно. В технологии АТМ для каждого класса трафика определен набор количественных параметров, которые приложение должно задать. Например, для трафика класса А необходимо указать постоянную скорость, с которой приложение будет посылать данные в сеть, а для трафика класса В - максимально возможную скорость, среднюю скорость и максимально возможную пульсацию. Для голосового трафика можно не только указать на важность синхронизации между передатчиком и приемником, но и количественно задать верхние границы задержки и вариации задержки ячеек.

Если для приложения не критично поддержание параметров пропускной способности и QoS, то оно может отказаться от задания этих параметров. Такой тип трафика получил название трафика с неопределенной битовой скоростью - Unspecified Bit Rate,UBR.

Для трафика UBR сеть выделяет ресурсы «по возможности», то есть те, которые в данный момент свободны от других соединений, заказавших качество обслуживания.

Технология АТМ допускает два варианта определения параметров QoS:

1. непосредственное задание их каждым приложением,

2. назначение их по умолчанию в зависимости от типа трафика.

Последний способ упрощает задачу разработчика приложения, так как в этом случае выбор максимальных значений задержки доставки ячеек и вариации задержек перекладывается на плечи администратора сети.

Стек протоколов АТМ

Распределение протоколов по конечным узлам и коммутаторам АТМ - на рис.1.

Рис. 1. Распределение протоколов по узлам и коммутаторам сети АТМ

Стек протоколов АТМ включает:

· уровень адаптации AAL,

· уровень АТМ

· физический уровень.

Прямого соответствия между уровнями протоколов технологии АТМ и уровнями модели OSI нет.

Уровень адаптации AAL

Он представляет собой набор протоколов AAL1-AAL5, которые преобразуют сообщения протоколов верхних уровней сети АТМ в ячейки АТМ нужного формата. Протоколы AAL работают только в конечных узлах сети.

Уровень адаптации состоит из 2 подуровней:

· Нижний подуровень AAL занимается разбиением (сегментацией) сообщения, принимаемого AAL oт протокола верхнего уровня, на ячейки АТМ, снабжением их соответствующим заголовком и передачей уровню АТМ для отправки в сеть или сбором ячеек на другом конце.

· Верхний подуровень AAL зависит от класса передаваемого трафика. Он обеспечивает синхронизацию трафика, контроль ошибок в пакетах…

Протокол АТМ

Протокол АТМ занимается передачей ячеек через коммутаторы при установленном и настроенном виртуальном соединении, то есть на основании готовых таблиц коммутации портов. Он выполняет коммутацию по номеру виртуального соединения, который в технологии АТМ разбит на две части:

- идентификатор виртуального пути (Virtual Path Identifier, VPI)

- идентификатор виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI).

АТМ выполняет также ряд функций по контролю за соблюдением трафик - контракта со стороны пользователя сети, маркировке ячеек-нарушителей, отбрасыванию ячеек-нарушителей при перегрузке сети, а также управлению потоком ячеек для повышения производительности сети

Категории услуг протокола АТМ и управление трафиком

Для поддержания требуемого качества обслуживания по всем коммутаторам сети на уровне протокола АТМ определено пять категорий услуг, которые поддерживаются одноименными службами:

· CBR - мультимедиа потоки: с постоянной битовой скоростью;

· rtVBR - пульсирующие мультимедиа: с переменной скоростью, требующего соблюдения средней скорости передачи данных и синхронизации кадров;

· nrtVBR - компьютерные без гарантии пропускной способности: с переменной скоростью, требующего соблюдения средней скорости передачи данных и не требующего синхронизации;

· ABR - компьютерные с гарантией пропускной способности: с переменной скоростью, требующего соблюдения некоторой минимальной скорости передачи данных и не требующего синхронизации ;

· UBR - компьютерные без требований: услуги для трафика, не предъявляющего требований к скорости передачи данных и синхронизации.

Кроме механизмов параметров трафика и параметров QoS, практически все производители оборудования АТМ реализуют в своих коммутаторах несколько очередей ячеек, обслуживаемых с различнымиприоритетами.

Чтобы поддерживать требования всех служб коммутатор АТМ предоставляет некоторую часть своей пропускной способности каждому классу служб:

· Трафик CBRполучает часть пропускной способности, необходимую для поддержания пиковой скорости,

· трафик VBR получает часть пропускной способности, необходимую для поддержания средней скорости,

· трафик ABR получает часть пропускной способности, достаточную для обеспечения требования минимальной гарантированной скорости.

Лекция 32. (+)Технология АТМ как транзит для других сетей

Передача трафика IP через сети АТМ

Технология АТМ привлекает к себе общее внимание, так как претендует на роль всеобщего и очень гибкого транспорта, на основе которого строятся другие сети. И хотя технология АТМ может использоваться как самостоятельный транспортный протокол, пока она чаще переносит пакеты других протоколов канального и сетевого уровней (Ethernet, IP, IPX, frame relay, X.25), сосуществуя с ними, а не полностью заменяя. Поэтому протоколы и спецификации, которые определяют способы взаимодействия технологии АТМ с другими технологиями, очень важны для современных сетей. А так как протокол IP является на сегодня основным протоколом Интернет, то стандарты работы IP через сети АТМ являются стандартами, определяющими взаимодействие двух наиболее популярных технологий сегодняшнего дня.

Протокол Classical IP - первый протокол работы сети IP через сеть АТМ. Основная задача - поиск МАС адреса следующего маршрутизатора или конечного узла по его IP-адресу - обычно решается протоколом ARP. Поскольку сеть АТМ не поддерживает широковещательность, ARP-запросы здесь не работают. Технология АТМ не единственная такая технология, поэтому даже ввели специальный термин - «Нешироковещательные сети с множественным доступом» (Non-Broadcast networks with Multiple Access, NBMA). К сетям NBMA относятся, в частности, сети X.25 и frame relay.

В общем случае для нешироковещательных сетей стандарты TCP/IP определяют только ручной способ построения ARP-таблиц, однако т.к. АТМ применяется для построения не только глобальных, но и локальных сетей - для нее разработано автоматическое преобразование IP-адресов на локальные адреса.

Сеть АТМ может быть разбита на несколько IP-подсетей - LIS (рис.1). Весь трафик между подсетями обязательно проходит через маршрутизатор. Маршрутизатор имеет интерфейсы во всех LIS, на которые разбита сеть АТМ.

Рис 1. Логические IP-подсети в сети АТМ

Каждый конечный узел имеет собственный IP-адрес, маску и IP-адрес маршрутизатора по умолчанию. Кроме того, задается еще один дополнительный параметр — адрес АТМ сервера ATMARP - это центральный сервер, который поддерживает общую базу данных IP- АТМ адресов для всех узлов сети. Каждый узел посылает запрос ARP на сервер ATMARP. Часто роль сервера ATMARP выполняет маршрутизатор, имеющий интерфейсы во всех логических подсетях.

При поступлении первого запроса ARP от конечного узла сервер сначала направляет ему встречный запрос, чтобы выяснить IP- и АТМ- адреса этого узла. Этим способом выполняется регистрация каждого узла в сервере ATMARP, и сервер получает возможность автоматически строить базу данных соответствия IP- и АТМ - адресов. Затем сервер просматривает свою базу. Если искомый узел есть в ней и он принадлежит той же подсети, что и запрашивающий узел, то сервер отправляет в ответ найденный адрес. В противном случае дается негативный ответ (такой ответ в обычном ARP запросе не предусматривается).

Если конечный узел получает ответ и узнает АТМ-адрес своего соседа в подсети, то он устанавливает с ним виртуальное соединение. Если же он запрашивал АТМ-адрес маршрутизатора по умолчанию, то он устанавливает с ним соединение, чтобы передать IP-пакет в другую сеть.

При этом никакие параметры качества обслуживания не запрашиваются.