Глобальные сети. Типы и сравнительная характеристика.

Лекция 17a.

ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ. Типы и сравнительная характеристика.

Глобальные сети - Wide Area Networks (WAN) - объединяют территориально рассредоточенные компьютеры, которые могут находиться в различных городах и странах. Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, то в глобальных сетях часто используются существующие линии связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, многие глобальные сети используют телефонные и телеграфные каналы общего назначения. Из-за низких скоростей таких линий связи в глобальных сетях набор предоставляемых услуг обычно ограничивается передачей файлов преимущественно не в оперативном, а в фоновом режиме, в форме электронной почты. Для устойчивой передачи дискретных данных по некачественным линиям связи применяются методы и оборудование, существенно отличающиеся от методов и оборудования, которые применяются в локальных сетях. В то же время сейчас наблюдается явная тенденция сближения локальных и глобальных сетей, одной из причин которого является улучшение качества линий связи. В глобальных сетях начали появляться и оперативные сервисы, например, доступ к информационным серверам сети Internet.

Исторически глобальные вычислительные сети появились первыми. Казалось очевидным, что соединять надо компьютеры, разнесенные на большие расстояния, а не находящиеся рядом, так как для них можно организовать обмен данными "вручную", например, через сменные магнитные носители. Да и не так часто в одном месте концентрировалось несколько машин, гораздо чаще предприятие приобретало одну мощную машину, которую и связывать-то было не с чем. Терминалы такой универсальной ЭВМ покрывали всю территорию предприятия и представляли собой функциональный эквивалент современной локальной сети, предоставляя всем сотрудникам доступ к централизованным данным с помощью простых алфавитно-цифровых терминалов. Главным стимулом создания глобальных сетей явилась потребность в совместном использовании информации, локализующейся в разных, географически удаленных точках. Такая потребность могла быть удовлетворена только при наличии эффективных методов передачи данных на большие расстояния. С этой целью и были разработаны специальные методы передачи и аппаратура, которые позволили связать между собой компьютеры, находящиеся на расстоянии многих километров друг от друга.

Гораздо позже, когда были осознаны преимущества распределенной обработки данных и разделения ресурсов, началось развитие локальных вычислительных сетей. Это развитие приобрело подлинно взрывной характер после того, как в сети были объединены персональные компьютеры. Такие системы оказались очень эффективными: они легко допускали наращивание вычислительной мощности, обеспечивали высокую надежность, обладали удобным пользовательским интерфейсом, то есть несли в себе большие потенциальные возможности создания полностью распределенной вычислительной среды.

Протяженность, качество и способ прокладки линий связи.

Итак, класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального кабеля, витой пары, оптоволоконного кабеля. В то же время они не могут быть использованы на больших расстояниях, свойственных глобальным сетям, из-за экономических ограничений. В глобальных сетях в основном используются уже существующие линий связи (телеграфные или телефонные), а в локальных сетях они прокладываются заново.

Скорость обмена данными.

Одним из главных отличий локальных сетей от глобальных является наличие высокоскоростных каналов обмена данными между компьютерами, скорость которых (10, 16 и 100 Мб/с) сравнима со скоростями работы периферийных устройств компьютера - дисков, мониторов и т.п. За счет этого у пользователя локальной сети, подключенного к удаленному разделяемому ресурсу (например, диску сервера), складывается впечатление, что он пользуется этим диском, как "своим". Для глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости передачи данных - 2400, 9600, 14400 и 28800 б/с, в последнее время - 56 и 64 Кб/с.

Топологии.

В то время как для локальных сетей характерно использование типовых топологий, таких как общая шина, звезда, кольцо, в глобальных сетях чаще используются топологии типа иерархическая звезда или произвольные смешанные топологии, причем географическое размещение пунктов, в которых сосредоточены компьютеры или коммутаторы, оказывает на топологию связей основное влияние.

Разделение каналов.

В локальных сетях каналы связи используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях пары соседних коммутаторов индивидуально используют отрезок кабеля, их соединяющего. Наличие общей среды передачи данных (во всяком случае в их базовых топологиях, таких как общая шина или кольцо) избавляет локальные сети от необходимости управления потоком данных для устранения перегрузок сети и потерь пакетов. В глобальных сетях такие процедуры необходимы, так как индивидуальные каналы всегда находятся в распоряжении конечных узлов или коммутаторов, и переполнение сети может наступить в случае слишком интенсивной генерации данных одновременно большим количеством узлов.

Масштабируемость.

"Классические" локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовой топологии, которая определяет способ подключения станций, например, общую шину и длину линии. При такой топологии характеристики сети резко ухудшаются при достижении определенного предела по количеству узлов. Глобальным же сетям присуща хорошая масштабируемость из-за допустимости произвольной топологии и алгоритмов управления потоками данных.

 

Набор сервисов.

Локальные сети предоставляют, как правило, широкий набор услуг: различные виды файлового сервиса, принт-сервис, факс-сервис, сервис баз данных, электронная почта и другие, в то время как глобальные сети в основном предоставляют почтовые услуги, а иногда и ограничиваются только одним транспортным сервисом - передачей произвольных пакетов данных от узла отправителя к узлу получателя.

Отношение собственности.

Обычно локальные сети устанавливаются и эксплуатируются одной организацией, следовательно, они относятся к частным сетям передачи данных, а глобальные сети бывают и частными, когда они создаются одной большой частной фирмой (например, сеть компании Digital Equipment), и общественными (например, большая часть российских территориальных сетей).

Типы глобальных сетей

Глобальные сети удобно грубо классифицировать по используемым в них методам коммутации. По этому признаку глобальные сети передачи данных делятся на сети с некоммутируемыми каналами, сети с коммутацией каналов и сети с коммутацией пакетов.

Выделенные каналы представляют собой постоянные частные каналы связи, которые арендуются у телекоммуникационной фирмы. У вас должны быть высокие требования к пропускной способности глобальных связей для обоснования необходимости аренды выделенных линий, хотя потребность в комбинированной передаче речи, факсов и цифровых данных часто являются достаточным основанием для использования частных сетей и аренды линий. Примерами выделенных линий являются цифровые каналы 56/64 Кб/с. Т1/Е1 и каналы технологий SONET/SDH.

Рисунок 17.1. Способы коммутации в сетях

                 а) выделенные каналы, 6) сети с коммутацией каналов, в) сети с коммутацией пакетов

 

В сетях с коммутацией каналов между двумя конечными пользователями устанавливается временный выделенный канал, который существует в течение всего периода передачи данных. Канал образуется с помощью мультиплексирования с разделением времени или путем выделения каждому каналу определенной части имеющейся пропускной способности. Пользователи обладают этим каналом монопольно - то есть не разделяют его ни с кем другим, пока не разорвут соединение. По сетям с коммутацией каналов могут пересылаться речь, данные и изображения, хотя чувствительные ко времени сигналы в наибольшей степени соответствуют этому типу сетей. Примером коммерчески доступных сетей с коммутацией каналов являются сети ISDN (рисунок 17.16).

В сетях с коммутацией пакетов данные разделяются на пакеты и пересылаются по каналам, разделяемым множеством пользователей. Каждый пакет снабжается адресами источника и приемника, а также другой служебной информацией. По мере того, как пакет перемещается по сети, коммутирующее устройство читает эти адреса и перемещает пакет по нужному маршруту к адресу назначения. Эти сети часто называют сетями с виртуальными каналами. Сети с коммутацией пакетов наилучшим образом соответствуют трафику локальных сетей, который является асинхронным и неравномерным во времени. Примерами таких сетей являются сети frame relay и X.25 (рисунок 17.1в).

Пропускная способность по требованию - это новая концепция, в соответствии с которой пользователю предоставляется возможность затребовать такую пропускную способность канала, какая требуется его приложению. Такие услуги также позволяют платить только за ту пропускную способность, которая была использована, вместо того, чтобы оплачивать канал независимо от того, используется он полностью или нет. Сервисы "пропускная способность по требованию" появились в 90-е годы и могут поддерживаться различными сетями, такими как frame relay, ISDN, switched 56 и другими.

17.4. Выбор типа глобальных связей.                                                      17.4.1. Измерение глобального трафика.

Одним из главных критериев при выборе типа глобальной связи является необходимая пропускная способность канала. Точная оценка необходимой пропускной способности для глобальных связей в общем случае требует привлечения математических методов, среди которых наиболее популярными для такого рода задач являются методы теории массового обслуживания. Необходимость таких точных оценок связана с тем, что интенсивность локального трафика не связана непосредственно с затрачиваемыми средствами. в то время как завышенные требования к пропускной способности глобального канала приводят к весьма значительным дополнительным затратам, например, к увеличению арендной платы за выделенный канал.

При оценке глобального трафика нужно учитывать следующие достаточно общие соображения.

• По глобальным связям передается только часть локального трафика. Очевидно, что за счет мостов, маршрутизаторов или шлюзов в глобальную связь передаются только те пакеты, адреса которых соответствуют удаленным локальным сетям. Для сокращения нагрузки на глобальную связь широковещательные локальные пакеты (пакеты протоколов RIP, SAP или пакеты watchdog) должны подвергаются фильтрации (технология стаффинга).

• Необходимо выяснить максимально допустимое с точки зрения пользователя время реакции системы, то есть время с момента возникновения удаленного запроса до момента поступления ответа на него.

• Следует максимально опираться на результаты измерения реального трафика в уже существующих локальных сетях или глобальных связях, которые могут быть использованы в качестве исходных данных для математических моделей вновь создаваемой сети. Используйте анализаторы протоколов для того, чтобы выяснить интенсивность пакетов каждого типа, их средний размер. Используйте генераторы пакетов для того, чтобы оценить предельный трафик, допустимый для имеющихся у вас мостов и маршрутизаторов, а также для того, чтобы определить средние времена фильтрации пакетов.

Итак. задача выбора глобальной связи сводится к выбору глобального канала, обладающего пропускной способностью, которая с тем или иным запасом o б ecne ч u в a л a бы требуемое время реакции для всех пользователей сети.

 

Этапы выполнения запроса

Процедура обслуживания удаленного запроса может быть представлена в виде последовательности этапов его обработки различными (программными и аппаратными) элементами сети. Рассмотрим, например, запрос на поиск записей в удаленной базе данных. Пусть сеть представляет собой два сегмента Ethernet, связанных между собой выделенной линией, и для связи локальных сегментов с глобальной линией используются маршрутизаторы. В этом случае можно выделить такие этапы обработки запроса:

• Подготовка запроса на клиентской станции.

• Передача запроса по сегменту Ethernet от клиентской станции к маршрутизатору

(при этом запрос в общем случае разбивается на несколько пакетов).

• Обработка запроса маршрутизатором сети-источника запроса.

• Передача запроса по глобальной связи.

• Обработка запроса маршрутизатором сети назначения.

• Передача запроса по сегменту Ethernet от маршрутизатора к серверу базы данных.

• Обработка запроса сервером и формирование ответа.

Время выполнения запроса равно удвоенной сумме этих времен. Учитывая, что время передачи запроса по глобальной сети, как правило, значительно превышает время выполнения остальных этапов, можно принять его в качестве грубой оценки времени выполнения запроса.

Поэтому прежде всего целесообразно оценить минимально возможное время передачи типичного пакета по глобальной связи в предположении, что эта связь является идеальной и передает полезные данные с номинальной скоростью. Чтобы представить порядок времен передачи для каналов с разной пропускной способностью, приведем результаты простейших расчетов для примера передачи пакета в 64 Кб.

                                                                                                        Таблица 17.1

Номинальная пропускная способность	Время передачи
9.6 Кб/с	0.91 мин
38.4 Кб/с	0.23 мин
56.0 Кб/с	0.16 мин
112.0 Кб/с	4.7 сек
1.544 Мб/с	0.35 сек
6.312 Мб/с	0.08 сек
10 Мб/с	0.05 сек

 

Сравнивая эти цифры с типичными временами выполнения запросов приложениями (десятки миллисекунд), можно сделать вывод о том, что более тщательный анализ имеет смысл проводить, начиная со скоростей передачи выше 1 Мб/с.

Производители мостов и маршрутизаторов обычно приводят данные о том, сколько пакетов в секунду могут обработать их продукты. Этот показатель может оказаться и невостребованным, так как обычно узким местом является не производительность моста или маршрутизатора, а пропускная способность глобальной связи. Но уж если принимать во внимание производительность мостов и маршрутизаторов, то надо учитывать следующие соображения. Размер пакета, используемого при измерении производительности. часто меняется от производителя к производителю.

В таблице 17.2 приведены типичные значения скоростей обмена пакетами двух локальных сегментов Ethernet через глобальные каналы. Эта таблица дает возможность сопоставить типичные значения пропускной способности глобальных каналов связи с основной характеристикой производительности маршрутизаторов - числом пакетов, передаваемых в секунду. Данные в таблице вычислены для пакетов Ethernet минимальной длины 64 байта.

Компрессия.

Наряду с фильтрацией локальных пакетов для уменьшения нагрузки на глобальные связи применяется компрессия данных. Стандартом для мостов и маршрутизаторов является коэффициент компрессии 2:1, хотя имеются и коммерческие устройства с коэффициентом 6:1 и 8:1.

Компрессия дает хороший эффект для пакетов средних размеров и линий связи с низкой и средней пропускными способностями. Обычно компрессия используется на линиях со скоростями до 56 Кб/с.                                                                                                                                                                                      

                                                                                                    Таблица 17.2

Ho м u н a льн a я пропускная способность	Пакеты в секунду
9.6 Кб/с	18
19.2 Кб/с	36
56.0 Кб/с	106
1.544 Мб/с	2909
10 Мб/с	14880

 

 

Многие приложения, например, графические пакеты, сами компрессируют данные в файлах, естественно, для таких данных компрессия не нужна. Для нескомпрессированных файлов, например, файлов баз данных, компрессия дает уменьшения объема данных на 13-20%. Текстовые файлы уменьшаются при компрессии в среднем на 25%, выполняемые файлы и другие объектные модули могут быть скомпрессированы до половины своей длины. Уже скомпрессированные файлы не могут вторично компрессироваться.

Недостатком компрессии являются дополнительные издержки времени. Мост или другое устройство должно затратить время на выбор наилучшего коэффициента компрессии, а затем сжать файл. Обычно чем выше коэффициент компрессии, тем больше времени нужно для сжатия файла. Мосты, как правило, осуществляют компрессию, но будьте осторожны - алгоритмы компрессии зависят от производителя. Файл, скомпрессированный мостом одного производителя, не может быть декомпрессирован мостом другого производителя. Следует отдавать предпочтение аппаратной компрессии, так как она гораздо быстрее.

 

Способы коммутации

Для соединения локальных сетей через глобальные в настоящее время используются три принципиально различных три типа глобальных сетей: с коммутацией каналов, выделенные линии и с коммутацией пакетов.

Выделенные линии и сети с коммутацией каналов наиболее подходят для сетей с централизованной топологией, а сети с коммутацией пакетов - для сетей с топологией "каждый-с-каждым" и смешанной топологией. С использованием выделенных линий можно также строить позвоночник частной корпоративной сети, к которому подсоединяются подсети. Если у вас имеется более четырех мест расположения филиалов, и вы хотите реализовать взаимодействие "каждый-с-каждым", то соединения типа "точка-точка" будут слишком дорогими, так как их потребуется 2", где п - количество мест расположения филиалов.

Тип глобальной сети, который наилучшим образом подходит для вашей корпоративной сети, определяют несколько факторов:

• Требуемая топология глобальных связей вашей сети: централизованная топология, топология типа "каждый-с-каждым" или смешанная топология.

• Требуемые сервисы - передача только речи и данных, передача также и видеоинформации и т.п.

• Требуемая пропускная способность д ля обеспечения нормальной работы требуемых сервисов.

• Географическое расположение соединяемых мест определяет доступные там виды глобальных сервисов.

• Финансовые средства, отведенные для глобальных сервисов.

При построении корпоративной сети можно воспользоваться услугами общественной глобальной сети. можно создать свою частную глобальную сеть и можно создать комбинацию общественной и частной глобальных сетей. Большинство предприятий используют общественные глобальные сети для передачи данных между локальными сетями. Свои собственные глобальные сети предприятие создает тогда, когда по ним должны передаваться очень важные, ответственные данные, или же когда соответствующий сервис общественных сетей недоступен. При использовании общественных глобальных сетей все заботы о передаче данных между удаленными филиалами вашей организации берет на себя фирма, предоставившая вам глобальную связь. Она решает все вопросы, связанные с выбором промежуточного маршрута и обеспечением его надежности.

Если же глобальные связи представляют для вас особую важность, и вы хотите контролировать сами каждый этап передачи данных, то вам следует рассмотреть вариант построения собственной глобальной сети или вариант, в котором предусматривается комбинация частных и общественных глобальных связей.    

Например, вы можете создать собственную сеть типа Т-1, затратив сравнительно небольшие средства. Даже для создания собственной глобальной сети предприятия обычно арендуют линии связи у фирм, специализирующихся в области телекоммуникационных связей. Если вы решили строить собственную глобальную сеть, то вам следует научиться поддерживать большое количество оборудования, которое телекоммуникационные компании уже имеют.

Итак, существует три варианта связи локальных корпоративных сетей через глобальные:

• использование общественных глобальных сетей; в этом случае необходимо приобрести и обслуживать своими силами только оборудование связи локальной сети с глобальной - например, мост, маршрутизатор, модем;

• создание полностью собственной глобальной сети, включая прокладку линий связи и установку коммутационного оборудования в центрах коммутации линий и того же оборудования связи локальной сети с глобальной;

• создание собственной глобальной сети, но на основе арендуемых линий связи, в этом случае по сравнению с предыдущим отпадает необходимость прокладывать и поддерживать линии связи.

Аналоговые выделенные линии

Выделенные аналоговые каналы предоставляются пользователю с 4-х проводным или с 2-х проводным окончанием. Выделенные линии могут быть разделены на две группы. Первая - это нагруженные линии (каналы тональной частоты), проходящие через оборудование частотного уплотнения, расположенное, например, на АТС. По своей физической природе эти линии аналогичны коммутируемым телефонным линиям, но обеспечивают лучшее качество прохождение сигналов.

Вторая группа выделенных линий - ненагруженные физические проводные линии. Они могут кроссироваться на АТС, но не проходят через аппаратуру частотного уплотнения. Часто такие линии используются для связи внутри одного города. Разветвленные сети каналов, представляющих собой ненагруженные линии, используются, например, муниципальными службами (энергонадзора, водопровода и др.) для передачи технологической информации.

Аналоговые выделенные линии предоставляют для связи локальных сетей наиболее простой сервис - сервис "голого" провода, на котором не определен даже протокол физического уровня, то есть способ представления битов информации в виде электрических сигналов. Поэтому на выделенной аналоговой линии можно использовать любые протоколы, начиная с физического уровня, которые устраивают пару взаимодействующих вычислительных устройств, называемых на языке глобальных сетей "Оконечным Оборудованием Данных" (ООД) или в англоязычной литературе - Data Terminal Equipment (DTE). Эти устройства взаимодействуют через "Аппаратуру Передачи Данных" (АПД) или Data Circuit Terminating Equipment (DCE). Аппаратура передачи данных использует на выделенной линии свой протокол физического уровня, а оконечное оборудование данных, которое при связи двух локальных сетей представлено обычно мостом или маршрутизатором, выбирает какой-либо протокол канального уровня.

Для передачи данных по выделенным нагруженным аналоговым линиям используются модемы, использующие методы аналоговой модуляции сигнала. Протоколы физического уровня модемов определены в рекомендациях СС1ТТ серии V. На выделенных ненагруженных линиях предпочтительно использовать модемы "базовой полосы пропускания" ("base-band modems"), которые, на самом деле, не модулируют сигнал, так как работают на сравнительно коротких расстояниях и на линиях с более широкой полосой пропускания.

 

Цифровые выделенные линии

Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в сетях, построенных на базе коммутационной аппаратуры, поддерживающей передачу голоса или видеоизображений в цифровой форме.

Поскольку для качественной передачи голоса необходима передача оцифрованных замеров амлитуды звуковых колебаний с частотой 8000 Гц, а каждый замер представляется в виде числа, состоящего из 7 или 8 битов, то вся цифровая телефония работает на скоростях, кратных 56 Кб/с или 64 Кб/с. Скорость 56 Кб/с в настоящее время уже представляет собой устаревший стандарт, поэтому современные стандарты скоростей кратны величине 64 Кб/с.

Как и в аналоговой телефонии, первичные каналы конечных абонентов уплотняются в более скоростные каналы, существующие между АТС. Но если в аналоговых АТС используется частотное уплотнение, когда различные каналы используют различные несущие частоты, то в цифровой телефонии используется уплотнение с разделением времени, так называемое мультиплексирование с разделением времени (Time Division Multiplexing. TDM).

Пример уплотненного канала, несущего данные от 24 первичных каналов скорости 64 Кб/с, показан на рисунке 17.2. Кадр уплотненного канала несет очень мало служебной информации - это 1 бит типа F, который разделяет уплотненные кадры.

Независимо от того, сколько каналов содержит уплотненный кадр, он должен быть передан за время 125 микросекунд, так, чтобы частота передачи замеров каждого первичного канала была равна 8000 Гц.

Существует две основных технологии уплотнения и коммутации цифровых каналов -плезиохронная цифровая иерархия (Plesiochronic Digital Hierarchy, PDH) и более поздний стандарт - синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH). В Америке технологии SDH соответствует стандарт SONET.

Технология PDH использует по сравнению с технологией SDH более узкий диапазон скоростей в уплотненных каналах - от 64 Кб/с до 34 Мб/с (в Америке - до 45 Мб/с). Кроме того, кадры PDH несут крайне мало служебной информации, поэтому оперативное наблюдение и управление потоками кадров в сетях PDH весьма затруднено.

Имеется три основных типа каналов сетей PDH:

• первичные каналы 64 Кб/с,

• каналы Е1 со скоростью 2.048 Мб/с, состоящие из 32 первичных каналов по 64 Кб/с, из которых два канала отводятся для передачи синхронизирующей и управляющей информации.

• каналы ЕЗ со скоростью 34 Мб/с, состоящие из 16 каналов Е1.

 

Рис. 17.2. Пример уплотненного канала с дискретной модуляцией.

 

В Америке вместо каналов Е1 используются каналы Т1 со скоростью 1.544 Мб/с, состоящие из 24 первичных каналов, а каналам ЕЗ соответствуют каналы ТЗ со скоростью 45 Мб/с. состоящие из 28 каналов Т1.

Существует такой сервис, как дробные каналы Е1 или Т1. Этот сервис позволяет покупать у поставщика услуг пропускную способность частями по 64 Кб/с.

К сетям PDH определен интерфейс G.703, который разработан СС1ТТ. Этот интерфейс определяет физический протокол взаимодействия аппаратуры пользователя с оборудованием PDH - скорость передачи данных, тип кода или алгоритм его формирования, форму импульсов, тип кабелей и т.п. Применяется несколько схем кодирования, основанных на непосредственной передаче импульсов без модуляции.

Технология SDH представляет собой развитие технологии PDH. Стандарт SDH определяет иерархию скоростей, кратных скорости 155 Мб/с (SONET - 55 Мб/с): от 155 Мб/с до 10 Гб/с. Кадр данных SDH несет значительную долю служебной информации - так в кадре STM-1 (называемом синхронным транспортным модулем первого уровня), соответствующем скорости в 155 Мб/с, на каждые 270 байтов пользовательских данных приходится 9 байтов служебной информации. Служебная информация позволяет повысить степень контроля и управляемости сетей, построенных на аппаратуре SDH - мультиплексорах и коммутаторах. Эта аппаратура использует два основных способа соединения - радиальный и кольцевой.

При использовании кольцевого способа аппаратура всегда соединяется двумя кольцами. Кольцевой способ соединения позволяет повысить надежность сетей SDH. Это достигается одним из двух способов. В первом данные всегда передаются одновременно по двум кольцам в противоположных направлениях. Если в момент приема кадра данных происходит сбой в одном из колец, то система управления автоматически выбирает этот же кадр из другого кольца. Во втором способе одно из колец является основным, а второе - резервным. При отказе основного кольца, как и в технологии FDDI, происходит замыкание основного и резервного колец и образование из двух колец одного.

При построение сетей SDH на больших территориях применяется последовательное соединение нескольких колец, а при создании сети масштаба города может использоваться и однокольцевая сеть. Известным примером сети, предоставляющей сервис выделенных цифровых каналов на основе аппаратуры SDH, является сеть МАКОМНЕТ, работающая в пределах Москвы.

Аппаратура SDH может использовать каналы PDH в качестве входных каналов. Для доступа к аппаратуре SDH используется интерфейс G.703.

Связь компьютера или маршрутизатора с цифровой выделенной линией осуществляется с помощью пары устройств, обычно выполненных в одном корпусе или же совмещенных с маршрутизатором. Этими устройствами являются: устройство обслуживания данных (УОД) и устройство обслуживания канала (УОК). В англоязычной литературе эти устройства называются Data Service Unit (DSU) и Channel Service Unit (CSU). УОД преобразует сигналы, поступающие от ООД (обычно по интерфейсу RS-232 или HSSI), в биполярные импульсы интерфейса G.703. УОД также выполняет все временные отсчеты, регенерацию сигнала и выравнивание загрузки канала. УОК выполняет более узкие функции, в основном оно занимается созданием оптимальных условий передачи в линии (выравнивание). Эти устройства, как и модуляторы-демодуляторы, часто обозначаются одним словом DSU/CSU (рисунок 17.3).

 

17.5.3. Протоколы "точка-точка".

На выделенных линиях, поддерживающих в лучшем случае только протоколы физического уровня, необходимо использовать какие-нибудь протоколы канального уровня, обеспечивающие передачу пакетов локальных сетей с нужной степенью надежности и управляющие потоком кадров для предотвращения переполнения соседних узлов.

 

 

Устройства обслуживания канала и данных

или комбинированное устройство УОД/УДК (DSU/CSU)

Рис. 17.3. Связь компьютера с цифровой линией

 

В сетях TCP/IP долгое время использовался достаточно простой протокол SLIP (Serial Line IP), переносящий только IP-пакеты по глобальным каналам связи. В настоящее время основным протоколом выделенных линий является протокол HDLC (High-level Data Link Control), имеющий статус стандарта ISO. Протокол HDLC на самом деле представляет собой семейство протоколов, в которое входят известные протоколы LAP-B, LAP-D и LAP-M, используемые в сетях X.25, ISDN и в модемах соответственно. На базе протокола HDLC построен протокол РРР (Point-to-Point Protocol), который расширяет функции HDLC для применения в сетях с несколькими протоколами сетевого уровня.

Протокол HDLC является весьма сложным протоколом, работающим на основе алгоритмов установления соединения и скользящего окна. Он использует 12 различных типов кадров и обеспечивает снижение вероятности искажения бита с 10^-3 до 10^-9. Также обеспечивается управление потоком данных за счет механизма окна и специальных кадров, приостанавливающих на время передачу данных от источника. Протокол рассчитан на полнодуплексные соединения.

Протокол РРР разработан группой Internet Engineering Task Forse как часть стека TCP/IP для передачи кадров информации по последовательным глобальным каналам связи взамен устаревшего протокола SLIP (Serial Line IP). Этот протокол стал также фактическим стандартом для глобальных линий связи при соединении удаленных клиентов с серверами и для образования соединений между маршрутизаторами в корпоративной сети. Протокол РРР использовал изначально формат кадров HDLC и дополнил их собственными полями. Поля протокола РРР вложены в поле данных кадра HDLC. Позже были разработаны стандарты, использующее вложение кадра РРР в кадры frame relay и других протоколов глобальных сетей.

Основное отличие РРР от других протоколов канального уровня состоит в том, что он добивается согласованной работы различных устройств с помощью переговорной процедуры, во время которой принимаются различные параметры, такие как качество линии, протокол аутентификации и инкапсулируемые протоколы сетевого уровня.

Хотя РРР часто рассматривается как единое целое, на самом деле он представляет собой группу протоколов, которые в совокупности обеспечивают обширный список сервисов установления соединений. Стек РРР основан на четырех принципах: переговорное принятие параметров конфигурации, многопротокольная поддержка, расширяемость протокола, независимость от глобальных сервисов,

Переговорное принятие параметров конфигурации. Этим термином обозначают способность РРР устанавливать требования к пропускной способности между двумя непосредственно связанными конечными системами. В корпоративной сети конечные системы часто отличаются размерами буферов для временного хранения пакетов, ограничениями на размер пакета, списком поддерживаемых протоколов сетевого уровня. Физическая линия, связывающая конечные устройства, может варьироваться от низкоскоростной аналоговой линии до высокоскоростной цифровой линии с различными уровнями качества сервиса.

Для того, чтобы справиться со всеми возможными ситуациями, в протоколе РРР имеется набор стандартных установок, действующих по умолчанию, учитывающих все стандартные конфигурации. При установлении соединения два взаимодействующих устройства пытаются сначала использовать эти установки для нахождения взаимопонимания. Каждый конечный узел описывает свои возможности и требования. Затем на основании этой информации принимаются параметры соединения, устраивающие обе стороны, в которые входят форматы инкапсуляции данных, размеры пакетов, качество линии и процедура аутентификации.

Протокол, в соответствии с которым принимаются параметры соединения, называется протокол управления связью (Link Control Protocol, LCP). Протокол, который позволяет конечным узлам договориться о том, какие сетевые протоколы будут мультиплексироваться в установленном соединении, называется протокол управления сетевым уровнем (Network Control Protocol, NCP). Внутри одного РРР-соединения могут циркулировать потоки данных различных сетевых протоколов. Хотя при выборе параметров РРР-соединения конечные узлы могут выбрать режим одноранговой аутентификации (функцию защиты данных), сам по себе протокол РРР не навязывает алгоритм, который будет использоваться для аутентификации и компрессии данных. Для целей аутентификации РРР предлагает использовать в качестве стандартных возможностей, которые могут выбрать конечные узлы, протокол PAP (Password Authentication Protocol) и протокол CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol), но пользователям также разрешается добавлять и новые алгоритмы аутентификации. Тот же прием используется и для алгоритмов компрессии.

Многопротокольная поддержка - это свойство протокола РРР поддерживать несколько протоколов сетевого уровня стало главной причиной распространения протокола РРР как стандарта де-факто. В отличие от протокола SLIP, который может переносить только пакеты IP, или LAP-B, который может переносить только пакеты Х.25, РРР работает со многими протоколами сетевого уровня, включая IP, Novell IPX, AppleTalk, DECnet, XNS, Banyan VINES и OSI. Каждый протокол сетевого уровня конфигурируется отдельно с помощью соответствующего протокола NCP.

Расширяемость протокола. На протяжении ряда лет группа IETF расширяла набор протоколов РРР введением новых RFC, которые определили такие свойства, как общие сервисы аутентификации данных, возможности шифрации данных и их компрессирования. Наличие таких стандартных средств уменьшает избыточность некоторых операций в сети. Например, многие технологии глобальных сетей выбирают подходящие алгоритмы компрессии в зависимости от качества линии. Различные технологии