Виділені або орендовані канали

Звичайно послідовні з’єднання в мережах оперують із наступними швидкостями

56 kbps

64 kbps

T1 (1.544 Mbps) стандарт США

E1 (2.048 Mbps) європейський стандарт

E3 (34.064 Mbps) європейський стандарт

T3 (44.736 Mbps) стандарт США

DTE (маршрутизатор) пов’язаний з DCE (CSU/DSU) через послідовний порт із використанням одного з наступних стандартів:EIA/TIA-232 (RS-232), EIA/TIA-449, V.35, X.21, EIA-530.

Для з’єднання DTE (маршрутизатор, ПК) до аналогового модему (DCE (CSU/DSU)) використовується асинхронний інтерфейс EIA/TIA-232. Випущений більше 30 років тому, він став класикою. Однак він не прийнятний на виділених лініях для швидкостей більш ніж 120 kbps.

Стандарт синхронного зв’язку V.35 придатний для більше високих швидкостей (більше 2 Mbps). Він використовується для приєднання порту маршрутизатора до T1/E1 через окреме CSU/DSU.

Сьогодні для багатьох послідовних каналів зв’язку, таких як T1, багато маршрутизаторів мають усередині себе CSU/DSU, інтегровану в інтерфейсну карту. Тобто, немає потреби в окремому DCE (CSU/DSU).

 

Мережі з комутацією пакетів МКП.

На відміну від орендованих ліній і з’єднань із перемиканням каналів, перемикання пакетів не дозволяється на виділене, точка-точка з’єднання через несучу мережу. Замість цього пакети даних маршрутизуються в несучій мережі на підставі адресації, що міститься в заголовках пакетів або фреймів, що дозволяє провайдеру підтримувати багато споживачів на одних фізичних лініях і комутаторах.

У мережах з комутацією пакетів провайдер конфігурує свої пристрої комутації для створення віртуальних ланцюгів (virtual circuits (VCs)) для забезпечення наскрізного зв’язку. Віртуальні ланцюги можуть бути постійними або можуть бути побудовані на вимогу. Frame Relay є типовою службою по комутації пакетів в WAN. Використовуються також технології ATM і X.25.

Перші МКП будувалися по протоколі X.25. Тому що X.25 був спроектований для роботи на ненадійних телефонних мідних ланцюгах, то він забезпечує виявлення помилок.

МКП це мережі із множинним доступом, що використають спеціальне устаткування для доставки користувальницького трафіка. Фізичним носієм сигналів усередині МКП є, як правило, високошвидкісні виділені канали зв’язку, найчастіше оптичні. Для забезпечення необхідного наскрізного з’єднання усередині МКП здійснюється настроювання комутаційного встаткування.

МКП пропонують адміністраторові мережі менший контроль, чим з’єднання точка-точка. Однак, вартість віртуального ланцюга в МКП менше, ніж виділеної лінії. Доступ до самої МКП, як правило, здійснюється через синхронний послідовний порт маршрутизатора по єдиній виділеній лінії Т1 або Т3 і дозволяє з’єднатися з багатьма вилученими сайтами. При відсутності МКП потрібно окрема виділена лінія до кожного вилученого сайту.

Віртуальні ланцюги Frame Relay надають швидкість аж до швидкості Т3, роблячи технологію перемикання пакетів високошвидкісним ефективним за вартістю альтернативою виділеним лініям. Єдине синхронне послідовне з’єднання до МКП може підтримувати кілька віртуальних ланцюгів у конфігураціях один-до-багатьох и точка-точка (Рис. 6.2). Процес комбінування декількох передач даних в одній фізичній лінії називається мультиплексуванням.

Рис. 6.2 Віртуальні ланцюги Frame Relay.

 

Мультиплексування стає можливим завдяки тому, що DTE (як правило маршрутизатор) інкапсулює дані в пакети МКП, що містять адреси МКП. Комутатори провайдера використають ці адреси для визначення, як і куди доставити окремий пакет. У випадку Frame Relay ці адреси називаються DLCI (Data Link Connection Identifiers). Здатність до мультиплексування означає, що один порт маршрутизатора разом з одним пристроєм CSU/DSU може підтримувати десятки віртуальних ланцюгів, кожна з яких веде до окремого сайту. Отже, перемикання пакетів робить доступної за ціною навіть створення повнозв’язної топології.

Frame Relay не виправляє помилок і добре пристосований для роботи на високонадійних цифрових каналах передачі.

Frame Relay не забезпечує той ступінь надійності, гнучкості й безпеці, що надають виділені лінії, які більше кращі для критично важливого трафіка й обміну більшим обсягом інформації.

Іншою популярною технологією комутації пакетів є ATM (Asynchronous Transfer Mode). ATM це міжнародний стандарт для поелементної передачі, у якому інформація різних типів таких, як дані, голос і відео містяться в осередок фіксованої довжини в 53 байта. Фіксована довжина осередку дозволяє вести їх обробку апаратним способом, що скорочує тимчасові затримки. ATM спроектована так щоб скористатися перевагами високошвидкісних середовищ передачі E3, T3 і SONET.

Протоколи глобальних мереж

Маршрутизатори перш ніж передати IP пакети по каналі зв’язку, інкапсулюють їх у фрейми другого мережного рівня (рис. 6.3).

Рис. 6.3 Протоколи глобальних мереж.

 

Типові протоколи другого рівня глобальних мереж:

Point-to-Point Protocol (PPP) – протокол зв’язку маршрутизатор - маршрутизатор і маршрутизатор-хост для синхронних і асинхронних каналів.

Serial Line Internet Protocol (SLIP) – попередник PPP, використаний для послідовного з’єднання точка-точка по протоколу TCP/IP.

High-Level Data Link Control (HDLC) – є власністю Cisco і використовується для з’єднаних двох пристроїв Cisco.

X.25/LAPB – це стандарт, який визначає спосіб з’єднання між DTE і DCE пристроями при вилученому термінальному доступі й комп’ютерних комунікаціях у публічних мережах даних.

Frame Relay – високопродуктивний протокол, використаний на багатьох мережних інтерфейсах

Рис. 6.3 відображає, які протоколи зв’язку даних використаються в кожній із трьох типів з’єднань в WAN

 

Frame Relay

У цей час Frame Relay змінює X.25 як технологія перемикання пакетів. Стандартизований в 1990, Frame Relay спрощує функції канального рівня й забезпечує тільки перевірку на помилки, але не їх виправлення. Такий малозбитковий підхід до комутації пакетів збільшує продуктивність і ефективність. Сучасні волоконнооптичні канали зв’язку і цифрові засоби обслуговування передачі забезпечують набагато менше помилок, чим їх мідні попередники. Із цієї причини, використання як в X.25 механізмів надійності на канальному рівні тепер взагалі розцінюється як непотрібне. Виправлення помилок здійснюється в протоколах більше високого рівня, наприклад TCP.

Frame Relay - ITU і ANSI стандарт. ITU-T - International Telecommunications Union (Міжнародний Союз Телезв’язку) і ANSI - American National Standards Institute (Американський Національний Інститут Стандартів). Стандарти визначають процес для передачі даних по мережі з комутацією пакетів. Frame Relay це орієнтована на з’єднання технології зв’язку даних, яка оптимізована, щоб забезпечити високу швидкодію й ефективність.

Сучасні мережі телекомунікації характеризуються вільної від помилок цифровою передачею й високонадійною інфраструктурою. Frame Relay покладається майже повністю на протоколи верхнього рівня, щоб виявити й виправити помилки. Frame Relay не має механізмів повторної передачі, які використовуються в X.25. Без механізмів виправлення помилки Frame Relay виграє в X.25 по швидкості. У результаті Frame Relay прийнятний для використання там, де потрібна висока продуктивність, як у локальних мережах. Фізична мережа, на якій розгорнута Frame Relay, може бути або суспільною або приватною мережею й мати різну фізичну природу: оптика, супутникові канали зв’язку, виділені лінії.

Frame Relay визначає процес взаємозв’язку між DTE клієнтом, типу маршрутизатор, і DCE провайдера. Як тільки трафік досягає комутатора провайдера, Frame Relay не визначає спосіб, по якому дані передаються в межах мережі Frame Relay. Тому, провайдер Frame Relay може використовувати різноманітні технології, типу ATM або PPP, щоб переміщати дані з одного кінця його мережі до іншого.

Пристрії Frame Relay

Пристрій приєднається до глобальної мережі. Пристрій Frame Relay може бути або DTE чи DCE пристроями. Пристрій DTE розглядаються як кінцеве встаткування і звичайно розташовуються на території клієнтів - споживачів послуг Frame Relay. Прикладами DTE пристроїв є маршрутизатори й пристрої доступу FRAD (Frame Relay Access Devices). FRAD це спеціальний пристрій для зв’язку між LAN і Frame Relay.

Внутрімережні пристрої DCE належать провайдеру (рис. 6.4). Вони забезпечують синхронізацію і/або послуги комутації пакетів в мережі й забезпечують дійсну передачу даних в WAN.

Рис. 6.4 Пристрої Frame Relay.

 

Мережа Frame Relay будується за допомогою комутаторів (switch) Frame Relay, що виступають у ролі DCE. Усередині мережі Frame Relay можуть використовувати ся різні технології передачі даних, наприклад ATM. Фізичні канали зв’язку також не регламентуються - це може бути оптика, супутникові канали зв’язку, виділені лінії.

Не дивлячись на технологію усередині мережі Frame Relay, зв’язок між споживачем й провайдером Frame Relay здійснюється по протоколу Frame Relay.

Функціювання Frame Relay

Звичайно, чим більше відстань покриває виділена лінія, тим більше дорога послуга. Підтримка повнозв’язного з’єднання вилучених сайтів за допомогою виділених ліній занадто накладна для багатої організації. З іншої сторони мережі з комутацією пакетів надають спосіб мультиплексування декількох логічних передач даних по єдиному фізичному зв’язку. Єдине з’єднання до мережі з комутацією пакетів провайдера буде менш дорогим, чим окремої виділеної лінії між споживачем і кожним вилученим сайтом. Мережі з комутацією пакетів використають віртуальні ланцюги для доставки пакетів від краю до краю через розділену інфраструктуру.

Служба по комутації пакетів, така як Frame Relay вимагає, щоб споживач підтримуваав тільки один ланцюг, звичайно Т1, до центрального офісу (ЦО) провайдера. Frame Relay забезпечує величезну ефективність за вартістю, тому що один сайт може з’єднатися з багатьма географічно вилученими сайтами, використовуючи єдину лінію Т1 і одне DCE (CSU/DSU) пристрій для підключення до локального ЦО провайдера.

Для комунікації між будь-якими двома сайтами провайдер послуг повинен установити віртуальний ланцюг між цими сайтами усередині мережі Frame Relay. Хоча оплата йде за кожен віртуальний ланцюг, ця плата невелика. Це робить Frame Relay ідеальною технологією для створення повно зв’язної топології.

Мережі Frame Relay підтримують як постійні віртуальні ланцюги PVC (permanent virtual circuits) так і віртуальні ланцюги (VC), що комутирують SVC (switched virtual circuits). PVC – найбільш типові для Frame Relay. PVC є постійно встановленими з’єднаннями, які використаються, коли мережі Frame Relay є стійкий трафік між визначеними DTE пристроями.

SVC є тимчасовими з’єднаннями, використаними при наявності одиничного трафіка між DTE пристроями. З’єднання SVC вимагає установки і завершення для кожного з’єднання. Більшість провайдерів підтримує тільки PVC.

В Frame Relay кожному кінцю віртуального ланцюга призначається ідентифікатор з’єднання. Комутаційне встаткування провайдера підтримує таблицю, що відображає ці ідентифікатори на вихідні порти. При отриманні фрейму комутатор аналізує ідентифікатор і доставляє фрейм на відповідний вихідний порт.

 

 

Рис. 6.5. Frame Relay DLCI.

 

У мережах Frame Relay такий ідентифікатор називається DLCI (data-link connection identifier). Він ідентифікує віртуальний ланцюг. Для створення PVC комутатор використає два DLCI для кожної пари DTE пристроїв (маршрутизатори).

На рис. 6.5 PVC, що зв’язує маршрутизатори RTA і RTB, має DLCI з номером 17, призначене між RTA і безпосередньо з’єднаним комутатором. DLCI з номером 16 на RTB визначає те ж PVC з’єднання між RTB і безпосередньо з’єднаним комутатором. Тим часом, RTA використає DLCI також з номером 16 для надсилання на PVC, що з’єднується з RTC.

Для того, щоб маршрутизатор знав, який PVC використовувати на третьому мережному рівні, IP-адреси повинні бути відображені в номери DLCI. Так на рис. 6.6 маршрутизатор RTA повинен відобразити адреси третього рівня в доступні DLCI.

Наприклад, RTA відображає IP-адрес 1.1.1.3 маршрутизатора RTB на DLCI 17. Оскільки RTA знає, який DLCI використовувати, то для досягнення одержувача слід інкапсулювати IP пакет у фрейм Frame Relay, що містить відповідний номер DLCI.

Маршрутизатори Cisco підтримують два типи заголовків Frame Relay: cisco і ietf. Перший тип – для устаткування Cisco, другий – для пристроїв різних виробників.

Рис. 6.6 Відображення IP-адрес до DLCI.

 

Включивши номер DLCI у заголовок Frame Relay, RTA може зв’язуватися як з RTB, так і з RTC по одному фізичному ланцюзі. При цьому статистичному мультиплексуванні смуга пропущення автоматично виділяється для активних каналів. Якщо RTA не має пакетів для надсилки на RTB, то RTA може використовувати всю доступну смугу пропущення для зв’язку з RTC. При мультиплексуванні TDM (Time-division multiplexing) для кожного каналу виділяється певна смуга, поза залежністю від наявності в каналі даних на передачу,.

Провайдер послуг Frame Relay призначає своїм клієнтам номера DLCI. Звичайно, DLCI від 0 до 15 і від 1008 до 1023 резервуються для спеціальної мети. Клієнтам провайдер послуг призначає номера DLCI у діапазоні від 16 до 1007. Для широкомовлення можна використовувати DLCI 1019 і 1020. Локальний інтерфейс керування Local Management Interface (LMI) використає DLCI 1023 або 0. Деякі провайдери послуг Frame Relay можуть дозволити своїм клієнтам вибрати власні номери DLCI.

Для побудови відображення номерів DLCI в адреси третього рівня, маршрутизатор повинен спочатку знати, які VC доступні. Звичайно процес визначення доступних VC і їх номерів DLCI здійснюється по стандарту LMI.

Як тільки маршрутизатору стали відомі номери DLCI для доступних VC, він повинен визначити які адреси третього рівня відображати на які номери DLCI. Відображення адрес може бути конфігуроване або в ручну або динамічно. Поза залежністю від того, чи здійснюється відображення DLCI на вилучений IP-адреса вручну або динамічно, використане DLCI не повинне мати однакових значень на обох кінцях PVC.

 

Frame Relay LMI

LMI це сигнальний стандарт між DTE пристроєм (маршрутизатором) і DCE пристроєм (комутатором Frame Relay). LMI відповідає за керування з’єднанням між пристроями, перевіряє, що дані передаються, періодично повідомляє про появу нових PVC і про знищення вже існуючих PVC.

Зараз існує три несумісні реалізації LMI cisco, ansi і q933a.

При виконанні Cisco IOS випуску 11.2 і пізніше, маршрутизатор намагається автоматично визначити тип LMI, використаний комутатором провайдера

 

Інверсний ARP

За допомогою прийнятних конфігураційних команд номер DLCI може бути вручну відображений на адресу третього рівня. У складних мережах побудова статичного відображення може вимагати більших зусиль, і таке відображення не пристосоване до зміни топології Frame Relay. За допомогою LMI комутатор Frame Relay може повідомити маршрутизатори про DLCI нового віртуального ланцюга. Це повідомлення не містить адреса 3 рівні. Станція, що отримала повідомлення буде знати про нове з’єднання, але не буде мати можливість адресувати іншу сторону. Без нової конфігурації або механізму визначення адреси іншої сторони, новий віртуальний ланцюг не може бути використан.

Інверсний протокол дозволу адреси (Inverse Address Resolution Protocol (Inverse ARP)) був розвинений для забезпечення механізму динамічного відображення DLCI на адресу третього рівня. Інверсне ARP працює багато в чому також як і ARP в LAN. Однак в ARP пристрій знає вилучений IP-адрес й має потребу у визначенні MAC адреси вилученого пристрою. В Inverse ARP, маршрутизатор знає адресу 2 рівня, якою є DLCI, але має потребу у визначенні вилученого IP-адреси.

Як тільки маршрутизатор отримав від комутатора інформацію про доступні PVC і їх DLCI, він може надіслати запит інверсного ARP на інший кінець кожного PVC про його адресу третього рівня. У той же час ці запити постачають вилучену систему адресою третього рівня локальної системи. Інформація, прийнята від інверсногоARP, використовується для побудови відображення Frame Relay на IP.

Якщо в маршрутизаторі Cisco інтерфейс конфігурується на використання інкапсуляції Frame Relay, то інверсний ARP включається автоматично. Якщо для певного інтерфейсу конфігурується статичне відображення, то Inverse ARP автоматично відключається для даного протоколу й даного DLCI. Якщо маршрутизатор на іншому кінці не підтримує інверсний ARP, то слід використовувати статичне відображення.