Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов

В предыдущих разделах мы рассмотрели построение глобальных связей на основе выделенных или коммутируемых каналов. Собственно, все основные проблемы, которые мы рассматривали при этом, были сосредоточены на физическом и канальном уровнях. Поскольку поверх протоколов этих уровней, специфических для глобального канала, работали те же самые сетевые протоколы, например IP или IPX, которые использовались и для объединения локальных компьютерных сетей. Для следующего типа глобальных сетей - сетей с коммутацией пакетов характерна оригинальная техника маршрутизации пакетов. Эта техника основана на понятии "виртуальный канал" и обеспечивает эффективную передачу долговременных устойчивых потоков данных. Итак, следующий и заключительный этап нашего урока - познакомится с общими принципами построения и особенностями работы сетей с коммутацией пакетов.

Техника виртуальных каналов, используемая во всех территориальных сетях с коммутацией пакетов, состоит в следующем. Прежде чем пакет будет передан через сеть, необходимо установить виртуальное соединение между абонентами сети - терминалами, мостами или компьютерами. Существуют два типа виртуальных соединений - коммутируемый виртуальный канал (Switched Virtual Circuit, SVC) и постоянный виртуальный канал (Permanent Virtual Circuit, PVC).

При создании коммутируемого виртуального канала коммутаторы сети настраиваются на передачу пакетов динамически, по запросу абонента, а создание постоянного виртуального канала происходит заранее, причем коммутаторы настраиваются вручную администратором сети, возможно, с привлечением централизованной системы управления сетью. Смысл создания виртуального канала состоит в том, что маршрутизация пакетов между коммутаторами сети на основании таблиц маршрутизации происходит только один раз - при создании виртуального канала (имеется в виду создание коммутируемого виртуального канала, поскольку создание постоянного виртуального канала осуществляется вручную и не требует передачи пакетов по сети).

После того, как виртуальный канал создан, начинается передача пакетов коммутаторами. Сама передача пакетов происходит на основании так называемых номеров или идентификаторов виртуальных каналов (Virtual Channel Identifier, VCI). Каждому виртуальному каналу присваивается значение VCI на этапе создания виртуального канала, причем это значение имеет не глобальный характер, как адрес абонента, а локальный - каждый коммутатор самостоятельно нумерует новый виртуальный канал. Кроме нумерации виртуального канала, каждый коммутатор при создании этого канала автоматически настраивает так называемые таблицы коммутации портов. Эти таблицы описывают, на какой порт нужно передать пришедший пакет, если он имеет определенный номер VCI. Так что после "одноразовой" прокладки виртуального канала через сеть коммутаторы больше не используют для пакетов этого соединения таблицу маршрутизации, а продвигают пакеты на основании номеров VCI небольшой разрядности. Таблицы коммутации портов также включают обычно меньше записей, чем таблицы маршрутизации, так как хранят данные только о действующих на данный момент соединениях, проходящих через данный порт. Работа сети по маршрутизации пакетов ускоряется за счет двух факторов. Первый состоит в том, что решение о продвижении пакета принимается быстрее из-за меньшего размера таблицы коммутации. Вторым фактором является уменьшение доли служебной информации в пакетах.

Адреса конечных узлов в глобальных сетях обычно имеют достаточно большую длину - 14-15 десятичных цифр, которые занимают до 8 байт в служебном поле пакета. Номер же виртуального канала обычно занимает 10-12 бит, так что накладные расходы на адресную часть существенно сокращаются, а значит, полезная скорость передачи данных возрастает. Режим постоянного виртуального канала PVC является особенностью технологии маршрутизации пакетов только в глобальных сетях. Работа в режиме PVC является наиболее эффективной по критерию производительности сети. Половину работы по маршрутизации пакетов администратор сети уже выполнил, поэтому коммутаторы быстро занимаются продвижением кадров на основе готовых таблиц коммутации портов. Постоянный виртуальный канал подобен выделенному каналу в том, что не требуется устанавливать соединение или разъединение. Обмен пакетами по PVC может происходить в любой момент времени. Но при этом использование PVC обычно намного дешевле, чем аренда выделенной линии, так как пользователь все равно делит пропускную способность сети с другими пользователями. Надо отметить, что режим продвижения пакетов на основе готовой таблицы коммутации портов обычно называют не маршрутизацией, а коммутацией и относят не к третьему, а ко второму (канальному) уровню стека протоколов. Принцип маршрутизации пакетов на основе виртуальных каналов можно пояснить с помощью такого примера (см. рисунок 22.3).

Рисунок 22.3 – Маршрутизация пакетов на основе виртуальных каналов

При установлении соединения между конечными узлами используется специальный тип пакета - запрос на установление соединения (обычно называемый Call Request). Этот запрос содержит многоразрядный (в нашем примере семиразрядный) адрес узла получателя.

Пусть конечный узел с адресом 1581120 начинает устанавливать виртуальное соединение с узлом с адресом 1581130. Одновременно с адресом получателя в пакете Call Request указывается и номер виртуального соединения VCI. Этот номер имеет локальное значение для порта компьютера, через который устанавливается соединение. Через один и тот же порт можно установить достаточно большое количество виртуальных соединений, поэтому программное обеспечение протокола глобальной сети в компьютере просто выбирает свободный в данный момент для данного порта номер. Положим, если через порт уже проложено 3 виртуальных соединения, то для нового соединения будет выбран номер 4, по которому всегда можно будет отличить пакеты данного соединения от пакетов других соединений, приходящих на этот порт. Далее пакет типа Call Request с адресом получателя 1581130, номером VCI 4 и адресом отправителя 1581120 отправляется в порт 1 коммутатора К1 сети.

Адрес получателя используется для маршрутизации пакета на основании таблиц маршрутизации. Запись в которой состоит из адреса получателя и номера порта, на который нужно переслать пакет. Адрес следующего коммутатора не нужен, так как все связи между коммутаторами являются связями типа "точка-точка", множественных соединений между портами нет. Стандарты глобальных сетей обычно не описывают какой-либо протокол обмена маршрутной информацией, позволяющий коммутаторам сети автоматически строить таблицы маршрутизации. Поэтому в таких сетях администратор обычно вручную составляет подобную таблицу, указывая для обеспечения отказоустойчивости основной и резервный пути для каждого адреса получателя.

В приведенном примере в соответствии с таблицей маршрутизации оказалось необходимым передать пакет Call Request с порта 1 на порт 3. Одновременно с передачей пакета нужно изменить и номер виртуального соединения пакета - пакету присваивается первый свободный номер виртуального канала для выходного порта данного коммутатора. Каждый конечный узел и каждый коммутатор ведет свой список занятых и свободных номеров виртуальных соединений для всех своих портов. Изменение номера виртуального канала делается для того, чтобы при продвижении пакетов в обратном направлении (а виртуальные каналы обычно работают в дуплексном режиме), можно было отличить пакеты данного виртуального канала от пакетов других виртуальных каналов, уже проложенных через порт 3. В данном примере через порт 3 уже проходит несколько виртуальных каналов, причем самый старший занятый номер - это номер 9. Поэтому коммутатор меняет номер прокладываемого виртуального канала с 4 на 10. Кроме таблицы маршрутизации для каждого порта составляется таблица коммутации. В таблице коммутации входного порта 1 отмечается, что в дальнейшем пакеты, прибывшие на этот порт с номером VCI равным 4 должны передаваться на порт 3, причем номер виртуального канала должен быть изменен на 10. Одновременно делается и соответствующая запись в таблице коммутации порта 3 - пакеты, пришедшие по виртуальному каналу 10 в обратном направлении нужно передавать на порт с номером 1, меняя номер виртуального канала на 4. Таким образом, при получении пакетов в обратном направлении компьютер-отправитель получает пакеты с тем же номером VCI, с которым он отправлял их в сеть. В результате действия такой схемы пакеты данных уже не несут длинные адреса конечных узлов, а имеют в служебном поле только номер виртуального канала, на основании которого и производится маршрутизация всех пакетов, кроме пакета запроса на установление соединения.

В сети прокладывается виртуальный канал, который не изменяется в течение всего времени существования соединения. Его номер меняется от коммутатора к коммутатору, но для конечных узлов он остается постоянным. Следует отметить, что в технике виртуальных каналов за уменьшение служебного заголовка приходится платить невозможностью баланса трафика внутри виртуального соединения. При отказе какого-либо канала соединение приходится также устанавливать заново. По существу, техника виртуальных каналов позволяет реализовать два режима продвижения пакетов - стандартный режим маршрутизации пакета на основании адреса получателя и режим коммутации пакетов на основании номера виртуального канала. Эти режимы применяются поэтапно, причем первый этап состоит в маршрутизации всего одного пакета - запроса на установление соединения.

Техника виртуальных каналов имеет свои достоинства и недостатки. Маршрутизация каждого пакета без предварительного установления соединения эффективна для кратковременных потоков данных. А при использовании виртуальных каналов очень эффективно передаются через сеть долговременные потоки, но для кратковременных этот режим не очень подходит, так как на установление соединения обычно уходит много времени.

Существует несколько типов сетей с коммутацией пакетов, которые мы сейчас по порядку рассмотрим - это сети Х.25 и сети Frame Relay.

Сети Х.25

В середине-конце 1970 гг. возникла необходимость в определенном наборе протоколов, чтобы обеспечить пользователям связность глобальной сети с общедоступными сетями с коммутацией пакетов (PDN). Сети PDN, такие как TELENET и TYMNET, добились замечательного успеха, однако было ясно, что стандартизация протоколов еще больше увеличит число абонентов PDN за счет возросшей совместимости оборудования и более низких цен. Результатом последующих усилий по разработке в этом направлении была группа протоколов, самым популярным из которых является протокол Х.25. Официально называемый CCITT Recommendation X.25 - "Рекомендация" Х.25 CCITT он был разработан компаниями общественных линий связи. Поэтому спецификация разработана так, чтобы обеспечить хорошую работоспособность независимо от типа системы пользователя или изготовителя. Пользователи заключают контракты с общедоступными сетями передачи данных, чтобы пользоваться их сетями с коммутацией пакетов (PSN), и им предъявляется счет в зависимости от времени пользования PDN. Предлагаемые услуги (и взимаемая плата) регулируются Федеральной Комиссией по Связи (FCC).

Одним из уникальных свойств протокола Х.25 является его международный характер. Протоколом Х.25 и связанными с ним протоколами управляет "Международный Союз по Телекоммуникациям" (ITU). То, что Х.25 стал стандартом подлинно глобального значения, является прямым следствием присущих ему свойств, основные из которых которые мы сейчас рассмотрим. Итак, стандарт Х.25 "Интерфейс между оконечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в сетях передачи данных общего пользования" был разработан комитетом CCITT в 1974 году. За это время он несколько раз пересматривался. Стандарт не описывает внутреннее устройство сети Х.25, а только определяет пользовательский интерфейс с сетью. Взаимодействие двух сетей Х.25 определяет стандарт Х.75.

С момента своего появления долгое время сети Х.25 были единственными доступными сетями с коммутацией пакетов коммерческого типа, в которых давались гарантии коэффициента готовности сети. Надо сказать, что сеть Internet также имеет долгую историю существования, но как коммерческая сеть она начала эксплуатироваться совсем недавно, поэтому для корпоративных пользователей выбора не было. Сети Х.25 являются на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми для построения глобальных сетей.

Давайте рассмотрим основные принципы технологии Х.25. Сети Х.25 наилучшим образом подходит для передачи трафика низкой интенсивности, характерного для терминалов, и в меньшей степени соответствуют более высоким требованиям трафика локальных сетей. Но зато, сети Х.25 хорошо работают на ненадежных линиях благодаря протоколам с установлением соединения и коррекцией ошибок на двух уровнях - канальном и сетевом. Технология сетей Х.25 имеет несколько существенных признаков, отличающих ее от других технологий.

· Наличие в структуре сети специального устройства - PAD (Packet Assembler Disassembler). Устройство PAD выполняет операции сборки нескольких низкоскоростных потоков байт от алфавитно-цифровых терминалов в пакеты, которые впоследствии передаются по сети и направляются компьютерам для обработки. Эти устройства имеют также русскоязычное название "Сборщик-разборщик пакетов", СРП.

· Наличие трехуровневого стека протоколов с использованием на канальном и сетевом уровнях протоколов с установлением соединения, управляющих потоками данных и исправляющих ошибки.

· Ориентация на однородные стеки транспортных протоколов во всех узлах сети - сетевой уровень рассчитан на работу только с одним протоколом канального уровня и не может объединять разнородные сети.

Сеть Х.25 состоит из коммутаторов (Switches, S), называемых также центрами коммутации пакетов (ЦКП), расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными выделенными каналами. Выделенные каналы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми (см. рисунок 22.4).

Рисунок 22.4 – Пример сети X.25

Асинхронные старт-стопные терминалы подключаются к сети через устройства PAD. Они могут быть встроенными или удаленными. Встроенный PAD обычно расположен в стойке коммутатора. Терминалы получают доступ ко встроенному устройству PAD по телефонной сети с помощью модемов с асинхронным интерфейсом. Встроенный PAD также подключается к телефонной сети с помощью нескольких модемов с асинхронным интерфейсом. Удаленный PAD представляет собой небольшое автономное устройство, подключенное к коммутатору через выделенный канал связи Х.25. К удаленному устройству PAD терминалы подключаются по асинхронному интерфейсу, обычно для этой цели используется интерфейс RS-232C. Один PAD обычно обеспечивает доступ для 8, 16 или 24 асинхронных терминалов.

К основным функциям PAD, которые определены стандартом Х.З, относятся:

· сборка символов, полученных от асинхронных терминалов, в пакеты;

· разборка полей данных в пакетах и вывод данных на асинхронные терминалы;

· управление процедурами установления соединения и разъединения по сети Х.25 с нужным компьютером;

· передача символов, включающих старт-стопные сигналы и биты проверки на четность, по требованию асинхронного терминала;

· продвижение пакетов при наличии соответствующих условий, таких как заполнение пакета, истечение времени ожидания и др.

Терминалы не имеют конечных адресов сети Х.25. Адрес присваивается порту PAD, который подключен к коммутатору пакетов Х.25 с помощью выделенного канала. Несмотря на то, что задача подключения "неинтеллектуальных" терминалов к удаленным компьютерам возникает сейчас достаточно редко, функции PAD все еще остаются востребованными. Устройства PAD часто используются для подключения к сетям Х.25 кассовых терминалов и банкоматов, имеющих асинхронный интерфейс RS-232.

Стандарт Х.28 определяет параметры терминала, а также протокол взаимодействия терминала с устройством PAD. При работе на терминале пользователь сначала проводит некоторый текстовый диалог с устройством PAD, используя стандартный набор символьных команд. PAD может работать с терминалом в двух режимах: управляющем и передачи данных. В управляющем режиме пользователь с помощью команд может указать адрес компьютера, с которым нужно установить соединение по сети Х.25, а также установить некоторые параметры работы PAD

Пользователь с помощью устройства PAD устанавливает соединение с нужным компьютером, а затем может вести уже диалог с операционный системой этого компьютера (в режиме передачи данных устройством PAD), запуская нужные программы и просматривая результаты их работы на своем экране, как и при локальном подключении терминала к компьютеру. Компьютеры и локальные сети обычно подключаются к сети Х.25 непосредственно через адаптер Х.25 или другое коммутационное оборудование, поддерживающие на своих интерфейсах протоколы Х.25. Для управления устройствами PAD в сети существует протокол Х.29, с помощью которого узел сети может управлять и конфигурировать PAD удаленно, по сети. При необходимости передачи данных компьютеры, подключенные к сети Х.25 непосредственно, услугами PAD не пользуются, а самостоятельно устанавливают виртуальные каналы в сети и передают по ним данные в пакетах Х.25.

Познакомившись с основными принципами построения и работы сетей Х.25 перейдем к вопросу об особенностях адресации.

Если сеть Х.25 не связана с внешним миром, то она может использовать адрес любой длины (в пределах формата поля адреса) и давать адресам произвольные значения. Максимальная длина поля адреса в пакете Х.25 составляет 16 байт. Рекомендация Х.121 CCITT определяет международную систему нумерации адресов для сетей передачи данных общего пользования. Если сеть Х.25 хочет обмениваться данными с другими сетями Х.25, то в ней нужно придерживаться адресации стандарта Х.121. Адреса Х.121 (называемые также International Data Numbers, IDN) имеют разную длину, которая может доходить до 14 десятичных знаков. Первые четыре цифры IDN называют кодом идентификации сети (Data Network Identification Code, DNIC). DNIC поделен на две части; первая часть (3 цифры) определяет страну, в которой находится сеть, а вторая - номер сети Х.25 в данной стране. Таким образом, внутри каждой страны можно организовать только 10 сетей Х.25. Если же требуется перенумеровать больше, чем 10 сетей для одной страны, проблема решается тем, что одной стране дается несколько кодов. Например, Россия имела до 1995 года один код - 250, а в 1995 году ей был выделен еще один код - 251. Остальные цифры называются номером национального терминала (National Terminal Numbe, NTN). Эти цифры позволяют идентифицировать определенный DTE в сети Х.25 (например, компьютер подключаемый к сети Х.25).

Еще один вопрос, на котором мы остановим наше внимание - реализация стека протоколов Х.25. Как мы уже отмечал, стандарты сетей Х.25 описывают 3 уровня протоколов. На физическом уровне определены синхронные интерфейсы Х.21 и Х.21 bis к оборудованию передачи данных - либо DSU/CSU, если выделенный канал является цифровым, либо к синхронному модему, если канал выделенный. На канальном уровне используется подмножество протокола HDLC, обеспечивающее возможность автоматической передачи в случае возникновения ошибок в линии. Предусмотрен выбор из двух процедур доступа к каналу: LAP или LAP-B.

На сетевом уровне определен протокол Х.25/3 обмена пакетами между оконечным оборудованием и сетью передачи данных. Транспортный уровень может быть реализован в конечных узлах, но он стандартом не определяется. Протокол физического уровня канала связи не оговорен, и это дает возможность использовать каналы разных стандартов. На канальном уровне обычно используется протокол LAP-B. Согласно этому протоколу оба узла, участвующих в соединении, будут равноправными. По протоколу LAP-B устанавливается соединение между пользовательским оборудованием DTE и коммутатором сети. Хотя стандарт это и не оговаривает, но по протоколу LAP-B возможно также установление соединения на канальном уровне внутри сети между непосредственно связанными коммутаторами.

Протокол LAP-B почти во всех отношениях идентичен протоколу LLC2. Сетевой уровень Х.25/3 (в стандарте он назван не сетевым, а пакетным уровнем) реализуется с использованием 14 различных типов пакетов, по назначению аналогичных типам кадров протокола LAP-B. Так как за надежную передачу данных отвечает протокол LAP-B, то протокол Х.25/3 занимается функциями маршрутизации пакетов, установления и разрыва виртуального канала между конечными абонентами сети и управления потоком пакетов. После установления соединения на канальном уровне конечный узел должен установить виртуальное соединение с другим конечным узлом сети. Для этого он в кадрах LAP-B посылает специальный пакет Call Request протокола X.25. Обычный механизм подтверждения принятия пакетов с помощью квитанций имеет для протокола Х.25 только локальный смысл - прием пакета подтверждает ближайший коммутатор сети, через который конечный узел запросил и установил виртуальное соединение. Пакет Call Request принимается коммутатором сети и маршрутизируется на основании таблицы маршрутизации, прокладывая при этом виртуальный канал.

Начальное значение номера виртуального канала задает пользователь в этом пакете в специальном поле LCN (аналог поля VCI, упоминавшегося при объяснении принципа установления виртуальных каналов). Протокол маршрутизации для сетей Х.25 не определен. Для сокращения размера адресных таблиц в коммутаторах в сетях Х.25 реализуется принцип агрегирования адресов. Он состоит в следующем: все терминалы, имеющие общий префикс в адресе, подключаются при этом к общему входному коммутатору подсети, соответствующей значению префикса. Например, если путь ко всем терминалам, имеющим адреса с префиксом 250 720, пролегает через общий коммутатор К1, то в таблице маршрутизации коммутаторов, через которые проходит путь к коммутатору К1, помещается единственная запись - 250 720, которая соответствует как конечному узлу 250 720 11, так и конечному узлу 250 720 26. Младшие разряды адреса, которые не нужны при маршрутизации, просто опускаются. После установления виртуального канала конечные узлы обмениваются пакетами другого формата - формата пакетов данных - пакет Data. Коммутаторы (ЦКП) сетей Х.25 - это очень простые и дешевые устройства. Это объясняется тем, что они не поддерживают процедур обмена маршрутной информацией и нахождения оптимальных маршрутов, а также не выполняют преобразований форматов кадров канальных протоколов. По принципу работы они ближе к коммутаторам локальных сетей. Однако работа, которую выполняют коммутаторы Х.25 над пришедшими кадрами, включает больше этапов, чем при продвижении кадров коммутаторами локальных сетей: коммутатор Х.25 должен принять кадр LAP-B и ответить на него другим кадром LAP-B, в котором подтвердить получение кадра с конкретным номером. При утере или искажении кадра коммутатор должен организовать повторную передачу кадра. Если же с кадром LAP-B все в порядке, то коммутатор должен извлечь пакет Х.25, на основании номера виртуального канала определить выходной порт, а затем сформировать новый кадр LAP-B для дальнейшего продвижения пакета.

Коммутаторы локальных сетей такой работой не занимаются и просто передают кадр в том виде, в котором он пришел, на выходной порт. В результате производительность коммутаторов Х.25 оказывается обычно невысокой - несколько тысяч пакетов в секунду. Для низкоскоростных каналов доступа, которыми много лет пользовались абоненты этой сети (1200-9600 бит/с), такой производительности коммутаторов хватало для работы сети. Гарантий пропускной способности сеть Х.25 не дает. Максимум, что может сделать сеть, - это приоритезировать трафик отдельных виртуальных каналов. Приоритет канала указывается в запросе на установление соединения в специальном поле услуг. Протоколы сетей Х.25 были специально разработаны для низкоскоростных линий с высоким уровнем помех. Именно такие линии составляют пока большую часть телекоммуникационной структуры нашей страны, поэтому сети Х.25 будут по-прежнему еще долго являться наиболее рациональным выбором для многих регионов.

Сети Frame Relay

В разделе, посвященном сетям ISDN, мы перечисляли те виды услуг, которые они предоставляют пользователям, в частности, возможность передачи данных с трансляцией кадров. Со временем "эта возможность переросла" в отдельный тип сетей - сети Frame Relay. Как все происходило? В рекомендациях I.122, вышедших в свет в 1988 году, эта служба еще входила в число дополнительных служб пакетного режима, но затем, уже при пересмотре этих рекомендаций в 1992-93 гг. она была названа службой frame relay.

Сама технология frame relay сразу привлекла большое внимание ведущих телекоммуникационных компаний и организаций по стандартизации. В ее становлении и стандартизации в данное время помимо CCITT (ITU-T) активное участие принимают Frame Relay Forum и комитет T1S1 института ANSI. Некоммерческую организацию Frame Relay Forum образовали в 1990 году компании Cisco Systems, StrataCom (сегодня - подразделение Cisco Systems), Northern Telecom и Digital Equipment Corporation для развития и конкретизации стандартов CCITT и ANSI.

Спецификации Frame Relay Forum носят название FRF и имеют порядковые номера. Спецификации FRF часто стандартизуют те аспекты технологии frame relay, которые еще не нашли свое отражение в стандартах ITU-T и ANSI. Например, спецификация FRF.11 определяет режим передачи голоса по сетям frame relay. Консорциум Frame Relay Forum разработал спецификацию, отвечающую требованиям базового протокола frame relay, разработанного T1S1 и CCITT. При этом, он расширил этот базовый протокол, включив дополнительные возможности по управлению сетью со стороны пользователя. Эти возможности очень важны при использовании сетей frame relay в сложных составных корпоративных сетях. Такие дополнения к frame relay выделили как отдельный Local Management Interface (LMI) - локальный интерфейс управления.

Итак, как мы убедились, сети frame relay возникли совсем недавно. Давайте поговорим об общих особенностях этих сетей.

Сети frame relay гораздо лучше подходят для передачи пульсирующего трафика локальных сетей по сравнению с сетями Х.25. Правда, это преимущество проявляется только тогда, когда каналы связи приближаются по качеству к каналам локальных сетей, а для глобальных каналов такое качество обычно достижимо только при использовании волоконно-оптических кабелей. Преимущество сетей frame relay заключается в их небольшой протокольной избыточности и дейтаграммном режиме работы (независимая маршрутизация каждого передаваемого пакета), что обеспечивает высокую пропускную способность и небольшие задержки кадров. При этом за надежность передачи кадров технология frame relay не отвечает. Сети frame relay специально разрабатывались как общественные сети для соединения частных локальных сетей. Они обеспечивают скорость передачи данных до 2 Мбит/с. Существует одна особенностью технологии frame relay, которая существенно выделяет их среди других типов сетей с коммутацией пакетов. Это - гарантированная поддержка основных показателей качества транспортного обслуживания локальных сетей - средней скорости передачи данных по виртуальному каналу при допустимых пульсациях трафика. Эту особенность мы рассмотрим ниже на примере.

Стандарты frame relay, как ITU-T/ANSI, так и Frame Relay Forum, определяют два типа виртуальных каналов - постоянные (PVC) и коммутируемые (SVC). Это соответствует потребностям пользователей, так как для соединений, по которым трафик передается почти всегда, больше подходят постоянные каналы, а для соединений, которые нужны только на несколько часов в месяц, больше подходят коммутируемые каналы. Однако производители оборудования frame relay и поставщики услуг сетей frame relay начали с поддержки только постоянных виртуальных каналов. Хотя это, естественно, является большим упрощением технологии. Тем не менее, в последние годы оборудование, поддерживающее коммутируемые виртуальные каналы, появилось, и появились поставщики, предлагающие такую услугу.

Итак, мы рассмотрели с вами историю развития и основные особенности сетей Frame Relay. Теперь остановимся конкретней на вопросе используемых стеков протоколов в технологии frame relay. Технология frame relay использует для передачи данных технику виртуальных соединений, аналогичную той, которая применялась в сетях Х.25. Однако стек протоколов frame relay передает кадры (при установленном виртуальном соединении) по протоколам только физического и канального уровней, в то время как в сетях Х.25 и после установления соединения пользовательские данные передаются протоколом 3-го уровня - сетевым. Протокол канального уровня в сетях frame relay носит название - LAP-F и также входит в семейство протокола HDLC. Протокол LAP-F имеет два режима работы - основной (core) и управляющий (control). Поговорим немного о каждом из этих режимов работы протокола LAP-F. В основном режиме, который фактически практикуется в сегодняшних сетях frame relay, кадры передаются без дополнительного преобразования и контроля, как и в коммутаторах локальных сетей. За счет этого сети frame relay обладают весьма высокой производительностью, так как кадры в коммутаторах не подвергаются преобразованию, а сеть не передает квитанции подтверждения между коммутаторами на каждый пользовательский кадр, как это происходит в сети Х.25. Пульсации трафика передаются сетью frame relay достаточно быстро и без больших задержек.

При таком подходе уменьшаются накладные расходы при передаче пакетов локальных сетей, так как они вкладываются сразу в кадры канального уровня, а не в пакеты сетевого уровня, как это происходит в сетях Х.25. Протокол LAP-F (стандарт Q.922 ITU-T) работает на любых каналах сети ISDN, а также на каналах типа Т1/Е1. Если оборудование frame relay использует постоянные виртуальные каналы, то оно нужно поддерживать только протокол LAP-F core. Управляющий протокол LAP-F contol является необязательной надстройкой над LAP-F core, которая выполняет функции контроля доставки кадров и управления потоком.

Поверх этого протокола работает протокол Q.931 или протокол Q.933 (который является упрощением и модификацией протокола Q.931 ISDN). Этот протокол отвечает за установление виртуального соединения на основе адресов конечных абонентов (в стандарте Е.164 или ISO 7498), а также номера виртуального соединения. Номер виртуального соединения в технологии frame relay носит название Data Link Connection Identifier - DLCI. После того как коммутируемый виртуальный канал в сети frame relay установлен посредством протоколов LAP-D и Q.931/933, кадры могут транслироваться по протоколу LAP-F, который коммутирует их с помощью таблиц коммутации портов. В этих таблицах используются локальные значения DLCI. Из-за того, что технология frame relay заканчивается на канальном уровне, она хорошо согласуется с идеей последующего включения в пакеты единого сетевого протокола, например IP, в кадры канального уровня любых сетей, составляющих внешнюю сеть. Процедуры взаимодействия протоколов сетевого уровня с технологией frame relay стандартизованы, например, принята спецификация RFC 1490, определяющая методы инкапсуляции в трафик frame relay трафика сетевых протоколов и протоколов канального уровня локальных сетей и SNA.

Существует еще одна немаловажная особенность технологии frame relay, на которой следует становить наше внимание. Это - отказ от коррекции обнаруженных в кадрах искажений. Почему она может возникать, и что она означает, сейчас мы рассмотрим подробнее.

Технология frame relay подразумевает, что конечные узлы будут обнаруживать и корректировать ошибки за счет работы протоколов транспортного или более высоких уровней. Это требует некоторой степени интеллектуальности от конечного оборудования, что по большей части справедливо для современных локальных сетей. В этом отношении технология frame relay близка к технологиям локальных сетей, таким как Ethernet, Token Ring и FDDI, которые тоже только отбрасывают искаженные кадры, но сами не занимаются их повторной передачей. Технология frame relay благодаря особому подходу гарантированно обеспечивает основные параметры качества транспортного обслуживания, необходимые при объединении локальных сетей. Вместо приоритезации трафика используется процедура заказа качества обслуживания при установлении соединения. Такая процедура отсутствует в сетях Х.25. В технологии frame relay процедура заказа и поддержания качества обслуживания встроена в технологию. Для каждого виртуального соединения существует несколько параметров, влияющих на качество обслуживания:

· CIR (Committed Information Rate) - согласованная информационная скорость, с которой сеть будет передавать данные пользователя.

· Bс (Committed Burst Size) - согласованный объем пульсации, то есть максимальное количество байтов, которое сеть будет передавать от этого пользователя за интервал времени Т.

· Be (Excess Burst Size) - дополнительный объем пульсации, то есть максимальное количество байтов, которое сеть будет пытаться передать сверх установленного значения Вс за интервал времени Т.

Если заранее задать эти величины, то время Т будет определяеться формулой: Т =Bc/CIR

Можно наоборот задать значения CIR и Т, тогда производной величиной станет величина всплеска трафика Вс.

Таким образом, задавая соответствующим образом эти величины при установлении виртуального соединения можно добиваться необходимого качества работы всех сети. Реакцию сети, в плане изменения соотношения между параметрами CIR, Bс, Be и Т, на поведение пользователя показывает рисунок 22.5, на котором обозначены - скорость канала доступа – R, передаваемые кадры - f1-f4.

Рисунок 22.5 – Реакция сети на основе frame relay на поведение пользователя

Надо отметить, что гарантий по задержкам передачи кадров технология frame relay не дает. Как правило, основным параметром, по которому абонент и сеть заключают соглашение при установлении виртуального соединения, является согласованная скорость передачи данных. Для постоянных виртуальных каналов это соглашение является частью контракта на пользование услугами сети. При установлении коммутируемого виртуального канала соглашение о качестве обслуживания заключается автоматически с помощью протокола Q.931/933. Для этого требуемые параметры CIR, Вс и Be просто передаются в пакете запроса на установление соединения. В общем случае нужно обеспечить такой режим, при котором пользователь не должен за интервал времени T передать в сеть данные со средней скоростью, которая превосходит согласованную скорость CIR. Если же пользователь нарушит соглашение и превысит скорость, то сеть не гарантирует доставку его кадра, мало того, она даже удалит его в том случае, если коммутаторы сети испытывают перегрузки. Пометка о том, что кадр надлежит удаления "ставится" с помощью бита DE кадра протокола LAP-F В нашем примере, изображен случай, когда за интервал времени Т в сеть по виртуальному каналу поступило 5 кадров. Средняя скорость поступления информации в сеть составила на этом интервале R бит/с, и она оказалась выше CIR.

Кадры f1, f2 и f3 доставили в сеть данные, суммарный объем которых не превысил порог Вс, поэтому эти кадры ушли дальше транзитом с признаком - DE=0. Данные кадра 4, прибавленные к данным кадров f1, f2 и f3, уже превысили порог Вс, но еще не превысили порога Вс+Ве, поэтому кадр f4 также ушел дальше, но уже с установленным признаком DE=1. Данные кадра f5, прибавленные к данным предыдущих кадров, превысили порог Вс+Ве, поэтому этот кадр был удален из сети. Механизм заказа средней пропускной способности и максимальной пульсации является основным механизмом управления потоками кадров в сетях frame relay. Соглашения должны заключаться таким образом, чтобы сумма средних скоростей виртуальных каналов не превосходила возможностей портов коммутаторов. При заказе постоянных каналов за это отвечает администратор, а при установлении коммутируемых виртуальных каналов - программное обеспечение коммутаторов. При правильно взятых на себя обязательствах сеть борется с перегрузками путем удаления кадров с признаком DE=1 и кадров, превысивших порог Вс+Ве.