Физическая и логическая структуризации сетей

  Главная       Учебники - Компьютеры      Сети связи (экзаменационные билеты с ответами)

 поиск по сайту

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8   ..

 

 

 

21.  Физическая и логическая структуризации сетей.

 

22.  Стыки физического уровня RS-232CX-21, V-24, RS-449.

 

 

23.  Методы мультиплексирования (FDMWDMTDM).

Для эффективного соединения пользователей в сети необходимо образовывать отдельные каналы передачи данных, которые используются для коммутации информационных потоков пользователей. Коммутаторы сетей должны поддерживать какую либо технику мультиплексирования и коммутации. 
В настоящее время для мультиплексирования абонентских каналов используются следующие виды: 
1) частотное мультиплексирование FDM (коммутация каналов) 
2) волновое мультиплексирование WDM (коммутация каналов) 
3) временное мультиплексирование TDM (коммутация каналов и пакетов) 
4) множественный доступ с исходным разделением CDMA

Коммутация каналов на основе FDM WDM 
Техника частотного модулирования была разработана для телефонных сетей, применяется также для других сетей. Идея данного метода состоит в выделении каждому соединению своего собственного диапазона частот. На основе этого диапазона создаётся канал. Данные которые передаются в канале модулируются с помощью одного из методов. Мультиплексирование выполняется с помощью смесителя частот. А демультиплексирование с помощью узкополосного фильтра, ширина которого равна ширине диапазона канала. На вход FDM коммутатора поступают сигналы от абонентов телефонной сети. Коммутатор выполняет перенос частот каждого сигнала, выделенный каналу диапазон частот за счёт модуляции определённой несущей частоты. Чтобы низкочастотная составляющая сигнала разных каналов не смешивалась полосы делают по 4 КГц. 3.1 кГц + запас 900 Гц. Выходной коммутатор выделяет модулированные сигналы каждой несущей частоты и передаёт их на соответствующий выходной канал, к которому подключён абонентский телефон. 
FDM коммутаторы могут выполнять как динамическую так и постоянную коммутацию. При динамической коммутации один абонент инициирует связь с др. абонентом, посылая в сеть номер вызываемого абонента. Коммутатор выделяет каждому абоненту одну из свободных полос своего канала. При постоянной коммутации за каждым абонентом полоса закрепляется на длительное время. 
В WDM использует тот же принцип частотного разделения каналов, но в другой области электромагнитного спектра. Информационным сигналом здесь является свет. Мультиплексируется несколько каналов до 16, 32 ,40,80,160. 
Начиная с 16 каналов такая техника стала называться уплотнённым волновым мультиплексированием DWDM. Данные кодируются как дискретным способом так и аналоговым. Сети WDM обеспечивают на магистральный канал до 600 разговоров (36 Мбит в секунду). DWDM – обеспечивают пропускную способность до сотен Гбит и Тбит /сек.

Коммутация каналов на основе TDM 
Аппаратура TDM-сетей — мультиплексоры, коммутаторы, демультиплексоры — работает в режиме разделения времени, поочередно обслуживая в течение цикла своей работы все абонентские каналы. Цикл работы аппаратуры TDM равен 125 мкс, что соответствует периоду следования замеров голоса в цифровом абонентском канале. Это значит, что мультиплексор или коммутатор успевает вовремя обслужить любой абонентский канал и передать его очередной замер далее по сети. Каждому соединению выделяется один квант времени цикла работы аппаратуры, называемый также тайм-слотом. Длительность тайм-слота зависит от числа абонентских каналов, обслуживаемых мультиплексором TDM или коммутатором. 
Мультиплексор принимает информацию по N входным каналам от конечных абонентов, каждый из которых передает данные по абонентскому каналу со скоростью 64 Кбит/с — 1 байт каждые 125 мкс. В каждом цикле мультиплексор выполняет следующие действия: 
• прием от каждого канала очередного байта данных; 
• составление кадра из принятых данных 
• передача кадра на выходной канал с битовой скоростью Nx64 Кбит/с. 
Порядок байт в кадре соответствует номеру входного канала, от которого этот байт получен. Коммутатор принимает обойму по скоростному каналу от мультиплексора и записывает каждый байт из него в отдельную ячейку своей буферной памяти, причем в том порядке, в котором эти байты были упакованы в уплотненный кадр. Для выполнения операции коммутации байты извлекаются из буферной памяти не в порядке поступления, а в таком порядке, который соответствует соединениям работающим в сети абонентов. 
Демультиплексор выполняет обратную задачу — он разбирает байты кадра и распределяет их по своим нескольким выходным каналам, при этом он считает, что порядковый номер байта в кадре соответствует номеру выходного канала. 
Работа TDM оборудования напоминает работу сетей с коммутацией пакетов. Но в отличие от них пакет в TDM не имеет индивидуального адреса. Его адресом является порядковый номер кадра. TDM поддерживают как динамический режим коммутации так и постоянный.

 

24.  Формирование кадров. Вставка битов и байтов.

 

 

25.  Методы обнаружения и коррекции ошибок на канальном уровне.

Обнаружение и коррекция ошибок

Канальный уровень должен обнаруживать ошибки передачи данных, связанные с искажением битов в принятом кадре данных или с потерей кадра, и по возможности их корректировать.

Большая часть протоколов канального уровня выполняет только первую задачу — обнаружение ошибок, считая, что корректировать ошибки, то есть повторно передавать данные, содержавшие искаженную информацию, должны протоколы верхних уровней. Так работают такие популярные протоколы локальных сетей, как EthernetToken RingFDDI, а также протоколы глобальных сетей frame relay и АТМ. Однако существуют протоколы канального уровня, например LLC2 для локальных сетей или HDLC для глобальных, которые самостоятельно решают задачу восстановления искаженных или потерянных кадров.

Очевидно, что протоколы должны работать наиболее эффективно в типичных условиях сети. Поэтому для сетей, в которых искажения и потери кадров являются очень редкими событиями, разрабатываются протоколы, не предусматривающие процедур устранения ошибок. Действительно, наличие процедур восстановле­ния данных потребовало бы от конечных узлов дополнительных вычислитель­ных затрат, которые в условиях надежной работы сети являлись бы избыточ­ными.

Напротив, если в сети искажения и потери случаются часто, то желательно уже на канальном уровне использовать протокол с коррекцией ошибок, а не остав­лять эту работу протоколам верхних уровней. Протоколы верхних уровней, на­пример транспортного или прикладного, работая с большими тайм-аутами, вос­становят потерянные данные с большой задержкой. В глобальных сетях первых поколений, например сетях Х.25, которые работали через ненадежные каналы связи, протоколы канального уровня всегда выполняли процедуры восстановле­ния потерянных и искаженных кадров.

Поэтому нельзя считать, что один протокол лучше другого потому, что он вос­станавливает ошибочные кадры, а другой протокол — нет. Каждый протокол должен работать в тех условиях, для которых он разработан.

Методы обнаружения ошибок

Все методы обнаружения ошибок основаны на передаче в составе кадра данных избыточной служебной информации, по которой можно судить с некоторой сте­пенью вероятности о достоверности принятых данных. Эту служебную инфор­мацию принято называть контрольной суммой, или последовательностью кон­троля кадра (Frame Check SequenceFCS). Контрольная сумма вычисляется как функция от основной информации, причем необязательно только путем сумми­рования. Принимающая сторона повторно вычисляет контрольную сумму кадра по известному алгоритму и в случае ее совпадения с контрольной суммой, вы­численной передающей стороной, делает вывод о том, что данные были переда­ны через сеть корректно.

Существует несколько распространенных алгоритмов вычисления контрольной суммы, отличающихся вычислительной сложностью и способностью обнаружи­вать ошибки в данных.

Контроль по паритету представляет собой наиболее простой метод контроля данных. В то же время это наименее мощный алгоритм контроля, так как с его помощью можно обнаружить только одиночные ошибки в проверяемых данных. Метод заключается в суммировании по модулю 2 всех битов контролируемой информации. Например, для данных 100101011 результатом контрольного сум­мирования будет значение 1. Результат суммирования также представляет собой один бит данных, который пересылается вместе с контролируемой информаци­ей. При искажении в процессе пересылки любого одного бита исходных данных (или контрольного разряда) результат суммирования будет отличаться от при­нятого контрольного разряда, что говорит об ошибке. Однако двойная ошибка, например 110101010, будет неверно принята за корректные данные. Поэтому контроль по паритету применяется к небольшим порциям данных, как правило, к каждому байту, что дает коэффициент избыточности для этого метода 1/8. Ме­тод редко применяется в вычислительных сетях из-за значительной избыточно­сти и невысоких диагностических способностей.

Вертикальный и горизонтальный контроль по паритету представляет собой мо­дификацию описанного выше метода. Его отличие состоит в том, что исходные данные рассматриваются в виде матрицы, строки которой составляют байты данных. Контрольный разряд подсчитывается отдельно для каждой строки и для каждого столбца матрицы. Этот метод обнаруживает большую часть двойных ошибок, однако обладает еще большей избыточностью. На практике сейчас так­же почти не применяется.

Циклический избыточный контроль (Cyclic Redundancy CheckCRC) является в настоящее время наиболее популярным методом контроля в вычислительных сетях (и не только в сетях, например, этот метод широко применяется при запи­си данных на гибкие и жесткие диски). Метод основан на рассмотрении исход­ных данных в виде одного многоразрядного двоичного числа. Например, кадр стандарта Ethernet, состоящий из 1024 байт, будет рассматриваться как одно число, состоящее из 8192 бит. В качестве контрольной информации рассматри­вается остаток от деления этого числа на известный делитель R. Обычно в каче­стве делителя выбирается семнадцати- или тридцатитрехразрядное число, чтобы остаток от деления имел длину 16 разрядов (2 байт) или 32 разряда (4 байт). При получении кадра данных снова вычисляется остаток от деления на тот же делитель R, но при этом к данным кадра добавляется и содержащаяся в нем кон­трольная сумма. Если остаток от деления на R равен нулю, то делается вывод об отсутствии ошибок в полученном кадре, в противном случае кадр считается ис­каженным.

Этот метод обладает более высокой вычислительной сложностью, но его диаг­ностические возможности гораздо выше, чем у методов контроля по паритету.

Порождающий полином x16 + x12 + x5 + 1 рекомендован ITU. Он обнаруживает ошибки кратности 1 и 2, ошибки нечетной кратности; все пачки ошибок с длиной не более 16; 99,997% пачек длины 17; 99.998% пачек с длиной 18 и больше.

 

 

26.  Методы управления потоком, алгоритм скользящего окна.

В рамках соединения правильность передачи каждого сегмента должна подтверждаться квитанцией получателя. 
Для того, чтобы можно было организовать повторную передачу искаженных данных отправитель нумерует отправляемые единицы передаваемых данных (далее для простоты называемые кадрами). Для каждого кадра отправитель ожидает от приемника так называемую положительную квитанцию - служебное сообщение, извещающее о том, что исходный кадр был получен и данные в нем оказались корректными. Время этого ожидания ограничено - при отправке каждого кадра передатчик запускает таймер, и если по его истечению положительная квитанция на получена, то кадр считается утерянным. В некоторых протоколах приемник, в случае получения кадра с искаженными данными должен отправить отрицательную квитанцию - явное указание того, что данный кадр нужно передать повторно. 
Существуют два подхода к организации процесса обмена положительными и отрицательными квитанциями: с простоями и с организацией "окна". Для повышения коэффициента использования линии источнику разрешается передать некоторое количество кадров в непрерывном режиме, то есть в максимально возможном для источника темпе, без получения на эти кадры ответных квитанций. Количество кадров, которые разрешается передавать таким образом, называется размером окна. Рисунок 6.2 иллюстрирует данный метод для размера окна в W кадров. Обычно кадры при обмене нумеруются циклически, от 1 до W. При отправке кадра с номером 1 источнику разрешается передать еще W-1 кадров до получения квитанции на кадр 1. Если же за это время квитанция на кадр 1 так и не пришла, то процесс передачи приостанавливается, и по истечению некоторого тайм-аута кадр 1 считается утерянным (или квитанция на него утеряна) и он передается снова. 
  
Рис. 6.2. Метод "окна" - непрерывная отправка пакетов 

Если же поток квитанций поступает более-менее регулярно, в пределах допуска в W кадров, то скорость обмена достигает максимально возможной величины для данного канала и принятого протокола. 
Этот алгоритм называют алгоритмом скользящего окна. Действительно, при каждом получении квитанции окно перемещается (скользит), захватывая новые данные, которые разрешается передавать без подтверждения. 
Реализация скользящего окна в протоколе TCP 
В протоколе TCP реализована разновидность алгоритма квитирования с использованием окна. Особенность этого алгоритма состоит в том, что, хотя единицей передаваемых данных является сегмент, окно определено на множестве нумерованных байт неструктурированного потока данных, поступающих с верхнего уровня и буферизуемых протоколом TCP.

Квитанция посылается только в случае правильного приема данных, отрицательные квитанции не посылаются. Таким образом, отсутствие квитанции означает либо прием искаженного сегмента, либо потерю сегмента, либо потерю квитанции. 
В качестве квитанции получатель сегмента отсылает ответное сообщение (сегмент), в которое помещает число, на единицу превышающее максимальный номер байта в полученном сегменте. Если размер окна равен 
W, а последняя квитанция содержала значение N, то отправитель может посылать новые сегменты до тех пор, пока в очередной сегмент не попадет байт с номером N+W. Этот сегмент выходит за рамки окна, и передачу в таком случае необходимо приостановить до прихода следующей квитанции.

 

27.  Протоколы HDLCLAPB и LAPD.

Протоколы семейства HDLC

Долгое время основным протоколом выделенных линий для глобальных пакет­ных сетей был 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, образующий каналь­ный уровень сетей Х.25, LAP-D - канальный уровень сетей ISDNLAP-M - ка­нальный уровень асинхронно-синхронных модемов, LAP-F — канальный уровень сетей frame relay.

Основные принципы работы протокола HDLC (режим логического соединения, контроль искаженных и потерянных кадров по методу скользящего окна, управ­ление потоком кадров с помощью команд RNR и RR, а также различные типы кадров этого протокола) уже были рассмотрены выше при изучении еще од­ного представителя семейства HDLC — протокола LLC2.

Однако сегодня протокол HDLC на выделенных каналах вытеснил протокол «точка-точка» (Point-to-Point ProtocolPPP).

Дело в том, что одна из основных функций протокола HDLC — это восстановле­ние искаженных и утерянных кадров. Действительно, применение протокола HDLC обеспечивает снижение вероятности искажения бита (BER) с 10-3, что характерно для территориальных аналоговых каналов, до 10-9.

Однако сегодня популярны цифровые каналы, которые и без внешних процедур восстановления кадров обладают высоким качеством (величина BER составляет 10-8-10-9). Для работы по такому каналу восстановительные функции протоко­ла HDLC не нужны. При передаче по аналоговым выделенным каналам совре­менные модемы сами применяют протоколы семейства HDLC (синхронные мо­демы — HDLC, а асинхронно-синхронные с асинхронным интерфейсом — LAP-M, который также принадлежит семейству HDLC). Поэтому использование HDLC на уровне маршрутизатора или моста становится неоправданным.

 

Протокол LAP-B

На канальном уровне в сетях X.25 обычно используется протокол LAP-B. Этот протокол обес­печивает сбалансированный режим работы, то есть оба узла, участвующих в со­единении, равноправны. По протоколу LAP-B устанавливается соединение меж­ду пользовательским оборудованием DTE (компьютером, IP- или IPX-маршрути­затором) 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, кро­ме адресации. Кадр LAP-B содержит одно однобайтовое адресное поле (а не два — DSAP и SSAP), в котором указывается не адрес службы верхнего уровня, а на­правление передачи кадра — 0х01 для направления команд от DTE к DCE (в сеть) или ответов от DCE к DTE (из сети) и 0х03 для направления ответов от DTE к DCE или команд от DCE к DTE. Поддерживается как нормальный режим (с мак­симальным окном в 8 кадров и однобайтовым полем управления), так и рас­ширенный режим (с максимальным окном в 128 кадров и двухбайтовым полем управления).

 

Протокол LAP-D

Протокол LAP-D принадлежит семейству HDLC, к которому относится и опи­санный выше протокол LLC2. Протокол LAP-D обладает всеми родовыми чертами этого семейства, но имеет и некоторые особенности. Адрес кадра LAP-D состоит из двух байтов — один байт определяет код службы, которой пересыла­ются вложенные в кадр пакеты, а второй используется для адресации одного из терминалов, если у пользователя к сетевому окончанию NT1 подключено несколь­ко терминалов. Терминальное устройство может поддерживать разные служ­бы — службу установления соединения по протоколу Q.931, службу коммутации пакетов Х.25, службу мониторинга сети и т. п. Протокол LAP-D обеспечивает два режима работы: с установлением соединения (единственный режим работы протокола LLC2) и без установления соединения. Последний режим использует­ся, например, для управления и мониторинга сети.

 

 

28.  Технология Frame Relay.

 

Назначение и общая характеристика

Сети frame relay — сравнительно новые сети, которые 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 низкой протокольной избы­точности и дейтаграммном режиме работы, что обеспечивает высокую пропускную способность и небольшие задержки кадров. 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 данных до 2 Мбит/с. Особенностью технологии framerelay является гарантированная поддержка ос­новных показателей качества транспортного обслуживания локальных сетей — средней скорости передачи данных по виртуальному каналу при допустимых пульсациях трафика.

Технология frame relay была стандартизована как служба в сетях ISDN. В реко­мендациях I.122, вышедших в свет в 1988 году, эта служба входила в число до­полнительных служб пакетного режима, но затем уже при пересмотре рекомен­даций в 1992-93 годах она была названа службой frame relay и вошла в число служб режима передачи кадров наряду со службой frame switching. Служба frame switching работает в режиме гарантированной доставки кадров с регулировани­ем потока. На практике поставщики телекоммуникационных услуг предлагают только службу frame relay.

Технология frame relay сразу привлекла большое внимание ведущих телекомму­никационных компаний и организаций по стандартизации. В ее становлении и стандартизации 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 SystemsStrataCom (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. Однако консорциум расширил базовый протокол, включив дополнительные возможно­сти по управлению сетью со стороны пользователя, что очень важно при исполь­зовании сетей frame relay в сложных составных корпоративных сетях. Эти до­полнения к frame relay называют обобщенно Local Management Interface (LMI) — локальный интерфейс управления.

Стандарты ITU-T обычно отличаются высоким уровнем сложности и наличием многих возможностей, которые достаточно трудно воплотить на практике. Спе­цификации Frame Relay Forum упрощают некоторые аспекты стандартов ITU-T или отбрасывают некоторые возможности. Так, технология frame switching не нашла своего отражения в спецификациях FRF, а процедуры создания коммути­руемых виртуальных каналов появились в спецификациях FRF позже, чем в стандартах ITU-T, и оказались более простыми.

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. Это, естест­венно, является большим упрощением технологии. Тем не менее, в последние годы оборудование, поддерживающее коммутируемые виртуальные каналы, появилось, и появились поставщики, предлагающие такую услугу.

 

Стек протоколов frame relay

Технология frame relay использует для передачи данных технику виртуальных соединений, аналогичную той, которая применяется 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.

Кроме того, протокол канального уровня LAP-F в сетях frame relay имеет два ре­жима работы — основной (core) и управляющий (control). В основном режиме, который фактически практикуется в сегодняшних сетях frame relay, кадры пере­даются без 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.

Структура стека (рис. 17.10) хорошо отражает происхождение технологии frame relay в недрах технологии ISDN, так как сети frame relay заимствуют многое из стека протоколов ISDN, особенно в процедурах установления коммутируемого виртуального канала.

Основу технологии составляет протокол LAP-F core, который является весьма упрощенной версией протокола LAP-D. Протокол LAP-F (стандарт Q.922 ITU-T) работает на любых каналах сети ISDN, а также на каналах типа Т1/Е1. Терми­нальное оборудование посылает в сеть кадры LAP-F в любой момент времени, считая, что виртуальный канал в сети коммутаторов уже проложен. При исполь­зовании PVC оборудованию frame relay нужно поддерживать только протокол LAP-F core.

Протокол LAP-F control является необязательной надстройкой над LAP-F core, которая выполняет функции контроля доставки кадров и управления потоком. С помощью протокола LAP-F control сетью реализуется служба frame switching.

Для установки коммутируемых виртуальных каналов стандарт ITU-T предлага­ет канал D пользовательского интерфейса. На нем по-прежнему работает протокол LAP-D, который используется для надежной передачи кадров в сетях ISDN. Поверх этого протокола работает протокол Q.931 или протокол Q.933 (который является упрощением и модификацией протокола Q.931 ISDN), устанавливающий виртуальное соединение на основе адресов конечных абонен­тов (в стандарте Е.164 или ISO 7498), а также номера виртуального соединения, который 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, коммутирующему их с помощью таблиц коммутации пор­тов, в которых используются локальные значения DLCI. Протокол LAP-F coreвыполняет не все функции канального уровня по сравнению с протоколом LAP-D, поэтому ITU-T изображает его на пол-уровня ниже, чем протокол LAP-D, остав­ляя место для функций надежной передачи пакетов протоколу LAP-F control.

Из-за того, что технология frame relay заканчивается на канальном уровне, она хорошо согласуется с идеей инкапсуляции пакетов единого сетевого протокола, например IP, в кадры канального уровня любых сетей, составляющих интерсеть. Процедуры взаимодействия протоколов сетевого уровня с технологией framerelay стандартизованы, например, принята спецификация RFC 1490, определяющая методы инкапсуляции в трафик frame relay трафика сетевых протоколов и про­токолов канального уровня локальных сетей и SNA.

Другой особенностью технологии frame relay является отказ от коррекции обна­руженных в кадрах искажений. Протокол 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 framerelay близка к технологиям локальных сетей, таким как EthernetToken Ring и FDDI, которые тоже только отбрасывают искаженные кадры, но сами не занимаются их повторной передачей.

Структура кадра протокола LAP-F приведена на рис. 17.11.

За основу взят формат кадра HDLC, но поле адреса существенно изменило свой формат, а поле управления вообще отсутствуем

Поле номера виртуального соединения (Data Link Connection IdentifierDLCI) состоит из 10 бит, что позволяет использовать до 1024 виртуальных соединений. Поле DLCI может занимать и большее число разрядов — этим управляют при­знаки ЕА0 и ЕА1 (Extended Address — расширенный адрес). Если бит в этом признаке установлен в ноль, то признак называется ЕА0 и означает, что в сле­дующем байте имеется продолжение поля адреса, а если бит признака равен 1, то поле называется ЕА1 и индицирует окончание поля адреса.

Десятиразрядный формат DLCI является основным, но при использовании трех байтов для адресации поле DLCI имеет длину 16 бит, а при использовании четы­рех байтов — 23 бита.

Стандарты frame relay (ANSIITU-T) распределяют адреса DLCI между пользо­вателями и сетью следующим образом:

-        0 — используется для виртуального канала локального управления (LMI);

-        1-15 — зарезервированы для дальнейшего применения;

-        16-991 — используются абонентами для нумерации PVC и SVC;

-        992-1007 — используются сетевой транспортной службой для внутрисетевых соединений;

-        1008-1022 — зарезервированы для дальнейшего применения;

-        1023 — используются для управления канальным уровнем.

Таким образом, в любом интерфейсе frame relay для оконечных устройств поль­зователя отводится 976 адресов DLCI.

Поле данных может иметь размер до 4056 байт.

Поле C/R имеет обычный для протокола семейства HDLC смысл — это признак «команда—ответ».

Поля DEFECN и BECN используются протоколом для управления трафиком и поддержания заданного качества обслуживания виртуального канала.

 

Поддержка качества обслуживания

Способность технологии frame relay гарантировать некоторые параметры качества обслу­живания (QoS) является ключевой. Именно поэтому данная технология получила широ­кое распространение.

Для каждого виртуального соединения определяется несколько параметров, свя­занных со скоростью передачи данных и влияющих на качество обслуживания.

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

-        Bc (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.

Параметры QoS, связанные с задержками и вариациями задержек, стандартами frame relay не оговариваются, так как изначально технология разрабатывалась только для передачи трафика, не чувствительного к задержкам.

Если приведенные выше величины определены, то время Т определяется сле­дующей формулой:

Т = Bc/CIR.

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

Соотношение между параметрами CIR, Вс, Вe и Т иллюстрирует рис. 17.12 (R — скорость канала доступа; f1-f5 — кадры).

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 — требуемые параметры CIR, Вс и Be передаются в пакете запроса на установление соединения.

Так как скорость передачи данных измеряется на каком-то интервале времени, то интервал Т и является таким контрольным интервалом, на котором проверя­ются условия соглашения. В общем случае пользователь не должен за этот ин­тервал передать в сеть данные со средней скоростью, превосходящей CIR. Если же он нарушает соглашение, то сеть не только не гарантирует доставку кадра, но помечает этот кадр признаком DE (Discard Eligibility), равным 1, то есть как кадр, подлежащий удалению. Однако кадры, отмеченные таким признаком, удаляются из сети только в том случае, если коммутаторы сети испытывают перегрузки. Если же перегрузок нет, то кадры с признаком DE = 1 доставляются адресату.

Такое щадящее поведение сети соответствует случаю, когда общее количество данных, переданных пользователем в сеть за период T, не превышает объема Вс+Ве. Если же этот порог превышен, то кадр не помечается признаком DE, а не­медленно удаляется из сети.

Рисунок 17.12 иллюстрирует случай, когда за интервал времени T 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 Bc, поэтому эти кадры ушли дальше транзитом с признаком DE = 0. Дан­ные кадра f4, прибавленные к данным кадров f1, f2 и f3, уже превысили порог Вc, но еще не превысили порога Вс+Вe, поэтому кадр f4 также ушел дальше, но уже с признаком DE = 1. Данные кадра f5, прибавленные к данным предыдущих кад­ров, превысили порог Вce, поэтому этот кадр был удален из сети.

Для контроля соглашения о параметрах качества обслуживания все коммутато­ры сети frame relay выполняют так называемый алгоритм «дырявого ведра» (LeakyBucket).

Пользователь может договориться о включении не всех параметров качества об­служивания на данном виртуальном канале, а только некоторых. Например, можно использовать только параметры CIR и Вc. Этот вариант дает более качественное обслуживание, так как кадры никогда не отбрасываются коммутатором сразу. Коммутатор только помечает кадры, которые превышают порог Вс за время Т, признаком DE = 1. Если сеть не сталкивается с перегрузка­ми, то кадры такого канала всегда доходят до конечного узла, даже если пользо­ватель постоянно нарушает договор с сетью.

Популярен еще один вид заказа на качество обслуживания, при котором огова­ривается только порог Вe, а скорость CIR полагается равной нулю. Все кадры та­кого канала сразу же отмечаются признаком DE=1, но отправляются в сеть, а при превышении порога Вe они отбрасываются. Контрольный интервал време­ни Tв этом случае вычисляется как Be/R, где R — скорость доступа канала.

На рис. 17.13 приведен пример сети frame relay с пятью удаленными региональ­ными отделениями корпорации. Обычно доступ к сети осуществляется каналами с большей чем CIR пропускной способностью. Но при этом пользователь платит не за пропускную способность канала, а за заказанные величины CIR, Вc и Вe. Так, при использовании в качестве канала доступа канала Т1 и заказа службы со скоростью CIR, равной 128 кбит/с, пользователь будет платить только за ско­рость 128 кбит/с, а скорость канала Т1 в 1,544 Мбит/с окажет влияние на верх­нюю границу возможной пульсации BC+BE.

Параметры качества обслуживания могут быть различными для разных направ­лений виртуального канала. Так, на рисунке абонент 1 соединен с абонентом 2 виртуальным каналом с DLCI = 136. При направлении от абонента 1 к абоненту 2 канал имеет среднюю скорость 128 кбит/с с пульсациями Вc = 256 кбит (интер­вал Т составил 1 с) и Be = 64 кбит. А при передаче кадров в обратном направле­нии средняя скорость уже может достигать значения 256 кбит/с с пульсациями Bc = 512 кбит и Be = 128 кбит.

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.

В технологии frame relay определен еще и дополнительный (необязательный) механизм управления кадрами. Это механизм оповещения конечных пользовате­лей о том, что в коммутаторах сети возникли перегрузки (переполнение необра­ботанными кадрами). Бит FECN (Forward Explicit Congestion Bit) кадра извещает об этом принимающую сторону. На основании значения этого бита принимаю­щая сторона должна с помощью протоколов более высоких уровней (TCP/IPSPX и т. п.) известить передающую сторону о том, что та должна снизить интен­сивность отправки пакетов в сеть.

Бит BECN (Backward Explicit Congestion Bit) извещает о переполнении в сети передающую сторону и является рекомендацией немедленно снизить темп пере­дачи. Бит BECN обычно отрабатывается на уровне устройств доступа к сети frame relay — маршрутизаторов, мультиплексоров и устройств CSU/DSU. Про­токолframe relay не требует от устройств, получивших кадры с установленными битами FECN и BECN, немедленного прекращения передачи кадров в данном направлении, как того требуют кадры RNR сетей Х.25. Эти биты должны слу­жить указанием для протоколов более высоких уровней (TCPSPXNCP и т. п.) о снижении темпа передачи пакетов. Так как регулирование потока и принимаю­щей, и передающей сторонами инициируется в разных протоколах по-разному, то разработчики протоколов frame relay учли оба направления снабжения преду­преждающей информацией о переполнении сети.

В общем случае биты FECN и BECN могут игнорироваться. Но обычно устрой­ства доступа к сети frame relay (Frame Relay Access DeviceFRAD) отрабатывают по крайней мере признак BECN.

При создании коммутируемого виртуального канала параметры качества обслу­живания передаются в сеть по протоколу Q.931. Этот протокол устанавливает виртуальное соединение с помощью нескольких служебных пакетов.

Абонент сети frame relay, который хочет установить коммутируемое виртуальное соединение с другим абонентом, должен передать в сеть по каналу Dсообщение SETUP, которое имеет несколько параметров, в том числе:

-        DLCI;

-        адрес назначения (в формате Е.164, Х.121 или ISO 7498);

-        максимальный размер кадра в данном виртуальном соединении;

-        запрашиваемое значение CIR для двух направлений;

-        запрашиваемое значение Вс для двух направлений;

-        запрашиваемое значение Вe для двух направлений.

Коммутатор, с которым соединен пользователь, сразу же передает пользователю пакет CALL PROCEEDING — вызов обрабатывается. Затем он анализирует па­раметры, указанные в пакете, и если коммутатор может их удовлетворить (рас­полагая, естественно, информацией о том, какие виртуальные каналы на каждом порту он уже поддерживает), то пересылает сообщение SETUP следующему коммутатору. Следующий коммутатор выбирается по таблице маршрутизации. Протокол автоматического составления таблиц маршрутизации для технологии frame relay не определен, поэтому может использоваться фирменный протокол производителя оборудования или же выполняться ручное составление таблицы. Если все коммутаторы на пути к конечному узлу согласны принять запрос, то пакет SETUP передается в конечном счете вызываемому абоненту. Вызываемый абонент немедленно передает в сеть пакет CALL PROCEEDING и начинает об­рабатывать запрос. Если запрос принимается, то вызываемый абонент передает в сеть новый пакет — CONNECT, который проходит в обратном порядке по вирту­альному пути. Все коммутаторы должны отметить, что данный виртуальный канал принят вызываемым абонентом. При поступлении сообщения CONNECT вызы­вающему абоненту он должен передать в сеть пакет CONNECT ACKNOWLEDGE.

Сеть также должна передать вызываемому абоненту пакет CONNECT ACKNOW­LEDGE, и на этом соединение считается установленным. По виртуальному кана­лу могут передаваться данные.

 

Использование сетей frame relay

Услуги frame relay обычно предоставляются теми же операторами, которые экс­плуатируют сети Х.25. Большая часть производителей выпускает сейчас комму­таторы, которые могут работать как по протоколам Х.25, так и по протоколам frame relay.

Технология frame relay начинает занимать в территориальных сетях с коммута­цией пакетов ту же нишу, которую заняла в локальных сетях технология Ether­net. Их роднит то, что они предоставляют только быстрые базовые транспортные услуги, доставляя кадры в узел назначения без гарантий, дейтаграммным спосо­бом. Однако если кадры теряются, то сеть frame relay, как и сеть Ethernet, не предпринимает никаких усилий для их восстановления. Отсюда следует простой вывод — полезная пропускная способность прикладных протоколов при работе через сети frame relay будет зависеть от качества каналов и методов восстановле­ния пакетов на уровнях стека, расположенного над протоколом frame relay. Если каналы качественные, то кадры будут теряться и искажаться редко, так что ско­рость восстановления пакетов протоколом TCP или NCP окажется вполне при­емлемой. Если же кадры будут искажаться и теряться часто, то полезная пропу­скная способность в сети frame relay может упасть в десятки раз, как это происходит в сетях Ethernet при плохом состоянии кабельной системы.

Поэтому сети frame relay следует применять только при наличии на магистраль­ных каналах волоконно-оптических кабелей высокого качества. Каналы доступа могут быть на витой паре, как это разрешает интерфейс G.703 или абонентское окончание ISDN. Используемая на каналах доступа аппаратура передачи данных должна обеспечить приемлемый уровень искажения данных — не ниже 10-6.

На величины задержек сеть frame relay гарантий не дает, и это основная причи­на, которая сдерживает применение этих сетей для передачи голоса. Передача видеоизображения тормозится и другим отличием сетей frame relay от АТМ — низкой скоростью доступа в 2 Мбит/с, что для передачи видео часто недостаточно.

Тем не менее, многие производители оборудования для сетей frame relay поддер­живают передачу голоса. Поддержка устройствами доступа заключается в при­своении кадрам, переносящим голос, приоритетов. Магистральные ком­мутаторы frame relay должны обслуживать такие кадры в первую очередь. Кроме того, желательно, чтобы сеть frame relay, передающая кадры с голосом, была недогруженной. При этом в коммутаторах не возникают очереди кадров, и средние задержки в очередях близки к нулевым.

Необходимо также соблюдение еще одного условия для качественной передачи голоса — передавать голос необходимо в кадрах небольших размеров, иначе на качество будут влиять задержки упаковки данных в кадр, так называе­мые задержки пакетизации.

Для стандартизации механизмов качественной передачи голоса через сеть frame relay выпущена спецификация FRF.11. Однако в ней решены не все проблемы передачи голоса, поэтому работа в этом направлении продолжается.

Ввиду преобладания в коммерческих сетях frame relay услуг постоянных комму­тируемых каналов и гарантированной пропускной способности, эти сети предо­ставляют услуги, очень похожие на услуги выделенных линий Т1/Е1, но только за существенно меньшую плату.

При использовании PVC сеть frame relay хорошо подходит для объединения ло­кальных сетей с помощью мостов, так как в этом случае от моста не нужна под­держка механизма установления виртуального канала, что требует некоторого программного «интеллекта». Мост может отправлять кадры протокола Ethernetили FDDI непосредственно в кадрах LAP-F или же выполнять протокол РРР поверх протокола LAP-F. Стандарт Интернета RFC 1490 определяет формат за­головка SNAP для случая передачи через сеть frame relay непосредственно кад­ров канального уровня.

Чаще доступ к сетям frame relay реализуют не удаленные мосты, а маршрутиза­торы, которые в случае поддержки на последовательных портах протокола framerelay как основного называют устройствами доступа FRAD (хотя и мост, и лю­бое устройство, которое поддерживает протоколы UNI frame relay, относятся к классу FRAD).

Так как сети frame relay передают кадры с небольшими задержками, с их помо­щью часто передают трафик сетей SNA, особенно в том случае, когда они ис­пользуют такие чувствительные к задержкам протоколы, как SDLC (фирменный протокол канального уровня компании IBM).

Виртуальные каналы в качестве основы построения корпоративной сети имеют один недостаток — при большом количестве точек доступа и смешанном харак­тере связей необходимо большое количество виртуальных каналов, каждый из которых оплачивается отдельно. В сетях с маршрутизацией отдельных пакетов, таких как TCP/IP, абонент платит только за количество точек доступа, а не за количество связей между ними.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8    ..