Классификация глобальных сетей. Сети ISDN, x.25, Frame Relay.

Протоколы Канального уровня, которые являются основой построения локальных сетей, эффективны на небольших расстояниях и для сравнительно небольшого количества узлов. Все технологии локальных сетей имеют строгие ограничения на общую длину сети. При превышении этой длины любая технология не обеспечивает надежной передачи данных. Поэтому при необходимости организовать передачу данных на более длинное расстояние мы попадаем в совершенно иной мир протоколов глобальных сетей.

Глобальные сети WAN (Wide Area Networks) – это сети, соединяющие абонентов на большой территории, в пределах области, страны, континента или планеты. Вследствие большой протяженности каналов связи построение глобальной сети требует очень больших затрат. Типичными абонентами глобальной сети являются локальные сети предприятий, расположенные в разных городах и странах, которым нужно обмениваться данными. Кроме того, через глобальные сети идет доступ к ресурсам Интернет, расположенным по всей планете.

Глобальные сети обычно создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Такие сети называют публичными или общественными. Для таких сетей определены понятия оператор сети и поставщик услуг сети. Оператор сети (network operator) – та компания, которая поддерживает нормальную работу сети. Поставщик услуг (провайдер, service provider) – компания, которая оказывает платные услуги абонентам сети. Гораздо реже глобальная сеть создается какой-нибудь крупной корпорацией для своих внутренних нужд.

Кроме вычислительных сетей, существуют другие виды территориальных сетей передачи информации. Это телефонные и телеграфные сети. Ввиду большой стоимости глобальных сетей существует тенденция создания единой глобальной сети, которая может передавать данные любых типов: компьютерные данные, телефонные разговоры, факсы, телеграммы, телевизионное изображение и т.д. Пока большого прогресса в этом

Абоненты глобальных сетей – локальные сети предприятий и организаций. Области применения глобальных сетей:

- Передача данных локальных сетей

- передача электронной почты

- телефонные разговоры

- использование удаленной базы данных

- видео по заказу

Для разных типов данных нужны разные скорости глобальных сетей. Поэтому прежде чем выбрать технологию, нужно определить, для какого типа деятельности она будет использоваться. Например, электронная почта не требует большой скорости передачи данных; более того, она позволяет, чтобы ее трафик носил периодический характер. А профессиональные области применения глобальной сети, такие как передача видеоизображения, требуют огромной пропускной способности сети (минимум 1,5 Мбит/с), и кроме того, строгого постоянства скорости передачи данных.

Типы глобальных сетей

Различают глобальные сети, построенные с использованием:

- выделенных каналов

- коммутации каналов

- коммутации пакетов

Выделенные каналы арендуют у телекоммуникационных компаний (например, «РОСТЕЛЕКОМ»), или у телефонных компаний, которые сдают в аренду свои линии. Выделенные каналы применяются при построении важных магистральных связей между крупными локальными сетями. Выделенный канал – это линия связи, постоянно соединяющая двух абонентов. Крупной компанией такие линией могут проводиться специально. Прокладка такой линии – очень дорогое мероприятие, но она обеспечивает прекрасную производительность и защищенность.

Самый распространенный тип выделенной линии – это Т1, цифровая линия связи, работающая со скоростью 1,544 Мбит/с. Она может использоваться целиком как единый канал, или может быть разбита на 24 канала по 64 Кбит/с. Многие поставщики позволяют арендовать один такой канал, или несколько. Сейчас уже существуют цифровые линии типов Т3 со скоростью 44,7 Мбит/с и Т4 со скоростью 274,2 Мбит/с.

Глобальные сети с коммутацией каналов существуют в настоящее время двух типов: а)традиционные аналоговые телефонные сети; б)цифровые сети с интеграцией услуг ISDN и DSL. Сети с коммутацией каналов очень распространены, особенно телефонные. Основной недостаток телефонных сетей – низкое качество канала, неустойчивость к помехам. Сети ISDN свободны от этого недостатка. Однако у обоих видов сетей с коммутацией каналов общий недостаток – плата не за объем трафика, а за время соединения.

Глобальные сети с коммутацией пакетов используют разные технологии: X.25, Frame relay, SONET, ATM. Эти технологии разработаны специально для глобальных компьютерных сетей.

Сети ISDN – сети с интегральными услугами

ISDN (Integrated Services Digital Network) – цифровая сеть с интегральными услугами, относится к сетям с коммутацией каналов, а данные обрабатываются в цифровой форме. У пользователя сети ISDN используют готовую разводку телефонной линии. Цель создания этой системы – интеграция речевых и неречевых услуг с высоким качеством связи. Внедрение сетей ISDN началось с конца 80-х годов, однако они все еще распространены не очень широко. Причиной тому техническая сложность пользовательского интерфейса, отсутствие единых стандартов на некоторые важные функции, необходимость больших капиталовложений на переоборудование АТС. Наиболее давно эти сети работают в Германии и Франции, однако и там доля абонентов ISDN составляет около 5% от общего числа. Примерно с 1994 г. ISDN стали распространяться в США.

Подключение к ISDN-сети не требует изменений в стандартной телефонной кабельной системе. К существующей телефонной линии просто добавляется дополнительное оборудование. У клиента нужно установить сетевое терминальное устройство NТ1, которое устанавливает фирма – поставщик услуг ISDN. К NT1 могут быть подключены до 8 цифровых устройств: цифровых телефонов, терминальный адаптер компьютера, устройств подачи тревоги и т.п.

В отличие от традиционных модемных соединений, использующих телефонные линии, для компьютеров соединения ISDN являются почти мгновенными. Поскольку они цифровые, то не требуется аналого-цифровое преобразование, которое делает модем. Если же мы передаем обычную речь, то надо преобразовать аналоговый сигнал в цифровую форму. При передаче данных несколько устройств может разделять один канал, используя мультиплексирование с разделением времени.

Методы доступа к цифровой линии в ISDN

Базовый доступ

При базовом методе доступа используется мультиплексирование каналов с разделением времени. При базовом доступе в линии связи (витой паре) организуются два канала-носителя (В- каналы, для пользовательских данных) и один управляющий канал (D- канал). Поэтому линию с базовым доступом называют 2B+D. Все три канала в качестве среды передачи используют одну витую пару, но они разделены во времени.

Каждый В-канал обеспечивает передачу речевой информации в цифровом виде или потока других данных со скоростью стандартного канала - 64 Кбит/с. Управляющие сигналы передаются отдельно по D-каналу со скоростью 16 Кбит/с. Общая скорость передачи по линии 2В+D равна 144 Кбит/с.

Благодаря наличию двух каналов пользователь при базовом доступе может одновременно вести телефонный разговор и передавать данные, или вести два телефонных разговора одновременно.

К линии ISDN могут быть подключены до 8 устройств, но одновременный доступ может быть организован только к двум (максимум, трем, при использовании и канала D) устройствам.

Основной доступ

Метод основного доступа позволяет нескольким клиентам с базовым доступом использовать одну линию передачи. Поскольку методы сжатия речевой информации, применяемые в Европе и в Америке, отличаются, определено два стандарта основного доступа.

Стандарт для Америки – Т1. Такая линия содержит 24 канала со скоростью передачи данных 64 Кбит/с: 23 В-канала и один D-канал. Общая скорость передачи данных – 1,544 Мбит/с.

Стандарт для Европы – Е1. Такая линия содержит 30 В-каналов и один D-канал. Скорость каждого канала 64 Кбит/с, суммарная скоросмть линии – 2, 048 Мбит/с.

Протоколы ISDN

На Канальном уровне ISDN применяют протокол LAPD (Link Access Procedure for D channel) – метод доступа к соединению для D-канала. Этот протокол определен Международным союзом телекоммуникаций ITU, и носит название документов Q.920-Q.923. Этот протокол использует аппаратные адреса оборудования ISDN для создания виртуальных каналов связи через телефонные сети. В результате формируется соединение, напоминающее выделенную линию.

Однако виртуальный канал в ISDN не остается постоянно открытым, а действует только на время передачи. Процессом установления соединения занимается Сетевой уровень ISDN. Установленное соединение поддерживается механизмом квитирования кадров. Как обычно, сообщения Сетевого уровня инкапсулируются внутрь кадров Канального уровня.

Оборудование ISDN

ISDN не требует изменений в стандартной кабельной системе. Однако на каждом конце (у абонента) сеть ISDN должна иметь специальное устройство, называемое NT1 (Network Termination 1). Эти устройства покупают пользователи или устанавливает сама телефонная компания. Если используется базовый доступ, то NT1 нужен только для нескольких терминальных устройств. Если устройство одно (например, компьютер), то доступно сетевое оборудование, объединяющее NT1 с сетевым адаптером. Иногда такое оборудование называется ISDN-модемом, но модемом оно не является: нет необходимости преобразовывать аналоговый сигнал в цифровой (в компьютере вся информация цифровая).

Сети X.25

Сети X.25 являются на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми для построения корпоративных сетей. Основная причина состоит в том, что долгое время сети X.25 были единственными доступными сетями с коммутацией пакетов коммерческого типа. Кроме того, сети X.25 хорошо работают на ненадежных линиях, благодаря протоколам с установленным соединением и коррекции ошибок на двух уровнях – канальном и сетевом.

Стандарт сетей X.25 был разработан в 1974 г. и несколько раз пересматривался. Стандарт не описывает внутреннее устройство сети, а определяет только интерфейс сети и пользователя (т.е. пользовательского оборудования и сети). Сети X.25 хорошо справляются с трафиком невысокой интенсивности, характерного для терминалов мэйнфреймов, и плохо подходят для локальных сетей.

 

Особенности сетей X.25, отличающие их от других технологий:

1. Наличие в структуре сети специального устройства PAD (Packet Assembler Disassembler), которое выполняет сборку нескольких потоков байт от разных терминалов в пакеты, передаваемые по сети. Русское название этого устройства – «Сборщик-разборщик пакетов».

2. Наличие 3-х уровневого стека протоколов, с использованием на канальном и сетевом уровне протоколов с установлением соединения и коррекцией ошибок.

3. Ориентация на однородные стеки 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 X.25 состоит из коммутаторов (Switches, S), расположенных в различных географических точках, соединенных высокоскоростными выделенными каналами. Выделенные каналы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми.

 

К устройству PAD терминалы подключаются обычно по телефонной сети с помощью модемов. Терминалы не имеют конечных адресов сети X.25. Адрес присваивается только порту PAD, который подключен к коммутатору пакетов.

Основные функции PAD:

1. Сборка символов, полученных от асинхронных терминалов, в пакеты

2. Разборка пакетов на поля данных отдельных терминалов и вывод данных на терминалы

3. Управление процедурой установления соединения с нужным компьютером

4. Передача пакетов по сети по мере их заполнения

Задача подключения неинтеллектуальных терминалов к компьютеру сейчас возникает достаточно редко, однако часто возникает задача подключения кассовых аппаратов и банкоматов.

Адресация в сетях X.25

Если сеть X.25 не связана с внешним миром, она может использовать адрес любой длины (в пределах формата поля адреса), и назначать любые адреса. Максимальная длина поля адреса в сетях X.25 16 байт.

Если же сеть X.25 хочет обмениваться данными с другими сетями, то в ней нужно придерживаться международного стандарта адресации X.121. Адреса в этом стандарте имеют разную длину, которая может доходить до 14 десятичных знаков. Первые 4 цифры – код идентификации сети DNIC (Data Network Identification Code). DNIC поделен на 2 части: первая (3 цифры) – код страны, в которой находится сеть, вторая – номер сети X.25 в данной стране. Таким образом, внутри каждой страны можно организовать только 10 сетей X.25. Если же требуется перенумеровать больше сетей, то проблема решается тем, что одной стране дают несколько кодов. Например, Россия имеет два кода: 250 и 251. Остальные цифры адреса называют номером национального терминала. Они позволяют идентифицировать PAD или компьютер в сети. Пример адреса: 2507 2011.

Сети Frame Relay

Сети Frame Relay (ретрансляция кадров) – сравнительно новые сети, которые гораздо лучше подходят для передачи пульсирующего трафика локальных сетей, чем X.25. Однако это преимущество проявляется только тогда, когда каналы связи по качеству приближаются к каналам локальных сетей. Для глобальных сетей это реально достижимо только при использовании выделенных линий связи, или оптоволоконных кабелей.

Сети Frame Relay обладают высокой пропускной способностью и небольшими задержками кадров. Это достигается за счет упрощения протоколов и дейтаграммного режима работы. 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 до 2 Мбит/с (в последнее время появились сети со скоростью до 44,7 Мбит/с).

Виртуальные каналы

Виртуальные каналы являются основой для соединений Frame Relay. Стандарты Frame Relay определяют два типа виртуальных каналов – постоянные (PVC, Permanent Virtual Connection ) и коммутируемые (SVC, Switched Virtual Connection ). Производители оборудования Frame Relay и поставщики сетей Frame Relay начали с поддержки только постоянных виртуальных каналов, что значительно упрощало технологию. Однако в последние годы появилось оборудование, поддерживающее и коммутируемые каналы.

Постоянные каналы не являются динамическими. Владелец сети Frame Relay создает маршрут через сеть, присваивая соединениям 10-разрядный номер. Этот номер называется идентификатор канала передачи данных (DLCI, data link connection identificator). Этот маршрут записывается в таблицы коммутации коммутаторов сети. Пакеты, передаваемые между двумя узлами, следуют всегда по одному и тому же маршруту, и используют DLCI как адрес Канального уровня. Это одна из причин, почему сети Frame Relay работают так быстро.

Коммутируемые виртуальные каналы Frame Relay создаются так же, но являются временными, только на период существования связи.

Оборудование Frame Relay

Каждая сеть, подключаемая к Frame Relay, должна иметь устройство FRAD (frame-relay Access Device, устройство для доступа к Frame Relay). FRAD принимает из локальной сети пакеты, предназначенные для других сетей, обрезает заголовок Канального уровня и упаковывает дейтаграммы в кадры для передачи через Frame Relay. Таким же образом FRAD обрабатывает кадры, идущие из Frame Relay в локальную сеть. FRAD напоминает по функциям маршрутизатор, однако отличается от маршрутизатора тем, что не принимает участие в маршрутизации пакетов через сеть Frame Relay. FRAD просто направляет пакеты из локальной сети граничному коммутатору Frame Relay.

Протоколы Frame Relay

Frame Relay применяет на Канальном уровне два протокола:

1. LAPD (Link Access Procedure for D channel) для управляющих сообщений – это тот же протокол, что и в ISDN.

2. LAPF (Link Access Procedure for Frame-mode Bearer Services) для пользовательских данных.

Протокол LAPD служит для установления виртуального канала смвязи и подготовки к передаче данных. Протокол LAPF служит для передачи данных и выявления ошибок.