Глобальні мережі передавання даних з комутацією пакетів

До найбільш поширених технологій глобальних мереж з комутацією пакетів належать Х.25, Frame relay, SMDS, ATM і TCP/IP.

Розглянемо порівняльні характеристики цих технологій.

Технологію Х.25 було розроблено в середині 70-х років для передавання трафіка від низькоінтелектуальних терміналів до центрального комп'ютера із швидкістю від 1,2 Кбіт/с до 64 Кбіт/с каналами низької якості, зокрема аналогових телефонних лініях. Вона забезпечує високу надійність передавання даних завдяки надлишковості своїх протоколів.

Технологія Frame relay - порівняно нова технологія, призначена для передавання пульсуючого комп'ютерного трафіка зі швидкістю від 64 Кбіт/с до 2 Мбіт/с високонадійними лініями зв'язку.

Технологія SMDS є також порівняно новою і призначена для передавання гібридного трафіка (комп'ютерні дані, графіка, голос, відеозображення) зі швидкістю від 1,54 до 45 Мбіт/с оптоволоконними кабелями. Розроблена і поширена у великих містах США.

Технологія ATM - нова технологія, призначена для передавання гібридного трафіка високоякісними лініями зв'язку із швидкістю від 1,54 до 622 Мбіт/с, введена в комерційну експлуатацію у 1996 році.

Технологія TCP/IP — найбільш поширена технологія, яка використовується з кінця 70-х років. Основним її призначенням є передавання комп'ютерних даних в об'єднаних мережах, які містять різнорідні (як локальні, так і глобальні) мережі. Маршрутизацію кожного пакета одного і того самого потоку даних вона забез­печує на основі аналізу маршрутизаторами маршрутних таблиць. При цьому різні пакети одного потоку даних передаються, як правило, різними маршрутами.

Названі вище технології, крім TCP/IP, використовують комутацію пакетів, основану на створенні віртуального каналу між кінцевими вузлами мережі. Техніка віртуальних каналів полягає в розділенні процесів маршрутизації і комутації каналів. При цьому перший пакет, який надходить у мережу, є керуючим і містить адресу абонента, який викликається. Проходячи проміжні комутатори мережі, він налаштовує їх на створення віртуального каналу між початковим і кінцевим вузлами мережі. Наступні пакети є інформаційними і проходять цим каналом на основі аналізу проміжними комутаторами номера віртуального каналу, що міститься у кожному пакеті. Останній пакет цього потоку даних також є керуючим і призначений для вимикання створеного віртуального каналу.

Перевагою техніки віртуальних каналів є прискорена комутація пакетів за номером віртуального каналу, а також зменшення адресної частини пакетів. До недоліків можна віднести неефективність створення віртуальних каналів для коротких потоків даних і неможливість розпаралелювання потоку даних декіль­кома шляхами.

Технологія Х.25

Технологію Х.25 було розроблено в середині 70-х років з метою під'єднання до потужних комп'ютерів (мейнфреймів), віддалених низькоінтелектуальних алфавітно-цифрових терміналів та з використанням для передавання даних телефонних ліній зв'язку. Завдяки надлишковості своїх протоколів вона забезпечує надійне передавання даних каналами низької якості. Ця технологія була однією з перших, яка на початку 80-х років дозволила об'єднати LAN і потужні комп'ютери в одну мережу. Сьогодні технологія Х.25 є найбільш поширеною технологією з комутацією пакетів, на базі якої побудовані і функціонують корпоративні мережі.

Стандарт Х.25 описує інтерфейс між кінцевим обладнанням даних і апаратурою передавання даних для терміналів, які працюють в пакетному режимі. Проходженням пакетів мережею Х.25 із швидкістю 1200 - 64000 біт/с керує трирівневий стек протоколів, який функціонує як на комутаторах, так і на кінцевих вузлах мережі.

На першому (фізичному) рівні цього стека можуть використовуватися протоколи Х.21, X.21bis/RS-232C, RS-^49/442 або V.35, які залежно від типу виділеного каналу регламентують роботу синхронного модема, або пристрою DSU/CSU. На другому (канальному) рівні здебільшого використовується протокол LAP-B, який добре узгоджується з протоколом HDLC моделі OSI. Канальний рівень відповідає за взаємодію між вузлами мережі. На основі отриманої послідовності байт він формує кадри, перевіряє контрольні суми і підтверджує приймання даних при збігу КС або просить повторити передавання кадру з помилками. На третьому (мережевому або, як його ще називають, "пакетному") рівні використовують протокол Х.25/3, який відповідає за маршрутизацію пакетів та встановлення віртуального каналу, керує потоком пакетів, контролює помилки, завершує виклик та розриває віртуальний канал. Він використовує 14 типів пакетів, які можуть мати довжини 16, 32, 64, 128, 256, 512 або 1024 байт, серед яких найбільш поширеною є 128 байт.

Обмін пакетами між однорідними мережами Х.25 описує стандарт Х.75.

Рис. 4.8. Приклад побудови мережі Х.25

Типову структуру мережі Х.25 показано на рис. 4.8, де S - комутатори пакетів; PAD - пристрій під'єднання до мережі низькошвидкісних терміналів (пакувальник даних); АК, МК - відповідно абонентські і магістральні канали зв'язку; АПД - апаратура передавання даних; R - маршрутизатор; Т - низь-кошвидкісні термінальні пристрої; MF - потужний комп'ютер (мейнфрейм); LAN -локальна мережа.

Найбільш типовими абонентами мережі Х.25 в кінці 70-х років були неінтелектуальні алфавітно-цифрові термінали, які не мали вбудованих процесорів, а керувалися схемною (жорсткою) логікою. Такими абонентами були касові апарати, банкомати, термінали обліку продукції, замовлення залізничних та інших квитків тощо, які під'єднувалися до мережі за допомогою спеціальних пристроїв керування PAD. При цьому старт-стопні асинхронні термінали могли розмі­щуватися на віддалі від PAD, часто великій - тоді термінали під'єднують до PAD за допомогою виділених телефонних ліній. PAD, в свою чергу, вбудовувалися в комутатори S або під'єднувалися до них за допомогою виділеного каналу АК. Основне призначення PAD - формування пакетів даних на основі потоку байт, які надходять від алфавітно-цифрових терміналів. Крім цього, PAD виконують функції встановлення зв'язку з мейнфреймом, передавання пакетів у мережу та керування роботою терміналів.

У сучасних мережах PAD застосовують для під'єднання до мережі Х.25 різноманітних терміналів, які використовують асинхронний інтерфейс RS-232. Віддалені комп'ютери і локальні мережі під'єднують до мережі за допомогою адаптерів або маршрутизаторів.

Комутатори S мережі Х.25 призначені для створення віртуальних каналів та забезпечення проходження достовірних кадрів між абонентами мережі. Між собою та з абонентським обладнанням вони з'єднані відповідно за допомогою МК і АК, для яких використовують виділені цифрові або аналогові канали зв'язку. Комутатори мають буферну пам'ять, в яку записують отриманий з каналу пакет. Перевіривши пакет на наявність помилок, комутатор відсилає в канал квитанцію, якою підтверджує прийом кадру, або посилає запит на повторне передавання кадру. Отримавши пакет без помилок, комутатор за номером віртуального каналу визначає вихідний порт і передає на нього пакет.

В автономній мережі Х.25, яка не має зв'язку з іншими мережами пере­давання даних загального користування, допускається довільна адресація кінцевих вузлів та портів комунікаційних пристроїв у межах поля адреси довжиною 16 байт.

При під'єднанні мережі Х.25 до міжнародних мереж загального корис­тування адресацію необхідно виконувати за вимогами міжнародного стандарту Х.121, за якими загальна довжина адресного поля становить 14 десяткових знаків і складається з ідентифікаторів держави, мережі та національного термінала. Для позначення цих ідентифікаторів відводять такі групи десяткових цифр:

- ідентифікатор держави — 3 перші десяткові цифри;

- ідентифікатор мережі в даній державі - 1 десяткова цифра;

- ідентифікатор національного термінала - 10 останніх десяткових цифр.
Якщо державі потрібно більше ніж десять мереж Х.25, то їй виділяють

декілька ідентифікаторів.

Останнім часом мережі Х.25 почали використовувати не тільки для пере­давання даних від низькоінтелектуальних терміналів, але й як засіб транспор­тування даних між віддаленими комп'ютерами і локальними мережами. Мережі Х.25 особливо поширені в регіонах, де використовують телекомунікаційні засоби на основі низькошвидкісних ліній зв'язку з високим рівним завад. Надлишковість протоколів технології Х.25 забезпечує високу надійність передавання цими мережами даних телефонними каналами низької якості.

Технологія Frame Relay

У середині 90-х років службу комутації пакетів технології ISDN було виділено в окрему технологію Frame Relay. Основне призначення цієї технології — побудова мереж з комутацією пакетів для передавання пульсуючого комп'ю­терного трафіка зі швидкістю від 64 Кбіт/с до 2 Мбіт/с високонадійними лініями зв'язку на основі волоконно-оптичних кабелів. Останнім часом у мережах Frame Relay почали використовувати також службу комутації каналів.

Технологія Frame Relay для передавання даних використовує техніку віртуальних каналів, аналогічну до тієї, яку використовують в мережах Х.25. Однак після встановлення віртуального каналу стек протоколів Frame Relay передає дані за протоколами канального і фізичного рівнів, тоді як в мережах Х.25 і після встановлення віртуального з'єднання дані передаються протоколом 3-го рівня. В мережі Frame Relay віртуальний канал встановлюється проміжними комутаторами на основі аналізу спеціального повідомлення SETUP, що посилається в мережу абонентом, який хоче встановити зв'язок з іншим абонентом. Номер вихідного порту комутатора встановлюють на основі аналізу інформації, яка знаходиться в таблицях маршрутизації. Оскільки протокол автоматичного заповнення таблиць

маршрутизації стандартами технології Frame Relay не визначений, то таблиці маршрутизації заповнюються, в основному, адміністратором вручну, або протоко­лом фірми-виробника комутаційного обладнання. Після встановлення віртуального каналу протоколом LAP-D протокол канального рівня LAP-F передає дані користувача дейтаграмним способом без їх перетворення і контролю проміжними комутаторами, що забезпечує високу продуктивність мережі. Корекцію помилок при цьому здійснюють на кінцевих вузлах мережі протоколи більш високих рівнів.

За основу формату кадру LAP-F технології Frame Relay вибрано формат HDLC з полем даних довжиною до 4056 байт. При цьому поле керування у кадрі LAP-F відсутнє, а поле адреси містить номер віртуального з'єднання та інфор­мацію, необхідну для керування трафіком та забезпечення заданої якості обслуго­вування абонента. Кадри технології Frame Relay добре інкапсулюються в кадри канального рівня інших технологій, в т.ч. технології TCP/IP.

Технологія Frame Relay не гарантує високої надійності передавання даних, проте надає гарантії забезпечення замовлених параметрів якості обслуговування, серед яких найістотнішими є середня швидкість передавання даних та допустимі пульсації трафіка. Замовлені параметри якості обслуговування досягаються завдя­ки аналізу можливостей комутаторів та резервуванню пропускної здатності мережі. Якщо абонент посилає в мережу кадри з частотою, вищою за попередньо обумовлену, то такі кадри з мережі викидаються.

Оскільки мережі Frame Relay передають трафік з невеликою затримкою кадрів, то ними останнім часом почали передавати також і голосовий трафік. Для передачі голосового трафіка в мережах Frame Relay використовують кадри невеликої довжини з вказанням їх високого пріоритету.

Мережі Frame Relay використовують, в основному, для побудови міських мереж з магістральними каналами на основі волоконно-оптичних кабелів високої якості. При цьому канали доступу можуть будуватися також на основі скручених пар з використанням високоякісної апаратури передавання даних. Локальні мережі до мережі Fram Relay під'єднуються, як правило, з допомогою маршрутизаторів, рідше - за допомогою віддалених мостів.