Идентификаторы сервисов (SAPI)

Таблица 17

Идентификаторы устройств (TEI)

Управляющее поле кадра Control задает тип – информационный, управля­ющий или ненумерованный (Information, Supervisory, or Unnumbered), и последовательный номер N(r) и N(s).

Information – поле данных протокола 3-го уровня.

CRC – контрольный код.

Установление соединения на 2-м уровне выглядит так:

1. Терминальное устройство ТЕ (Terminal Endpoint) и сеть обмениваются кадрами RR (Receive-Ready – готовность приема).

2. ТЕ посылает ненумерованный информационный кадр с SAPI=63 (управление: проверка сети) и TEI–127 (широковещательный адрес).

3. Сеть назначает доступный TEI (из диапазона 64-126).

4. ТЕ посылает кадр SABME (Set Asynchronous Balanced Mode – установка асинхронного симметричного режима) с SAPI=0 (управление вызовом) и назначенным TEI.

5. Сеть отвечает, ненумерованным подтверждением с назначенным TEI и SAPI=0 – соединение готово к установке (setup) 3-го уровня.

Сетевой (3-й) уровень ISDN описан документами ITU Q.930-Q.939. Третий уровень используется для установления, обслуживания и разрыва логического сетевого соединения между двумя устройствами.

Сервисы и свойства, предоставляемые устройству, подключенному к ISDN, определяются по идентификаторам профиля сервиса SPID (Service Profile ID). SPID состоит из 10-значного телефонного номера ISDN, префикса и суффикса. Использование идентификаторов необязательно, они доступны лишь во время – процедуры вызова. Если линия требует SPID, а устройство его не поддерживает, то установление соединения на 2-м уровне проходит, а на 3-м – нет, и устройство не сможет ни принять вызов, ни послать. Формат информации 3-го уровня приведен на рис. 33.

Поля заголовка в формате Q.931:

Protocol Discriminator – определитель протокола 3-го уровня, для заго­ловка Q.931 – всегда 08h.

CRV Length – длина поля CRV.

CRV (Call Reference Value – идентификатор вызова) – 1-2-байтный идентификатор, назначаемый каждому вызову, сделанному по сетевому интерфейсу пользователя. После сброса вызова eго идентификатор стано­вится доступным для следующего использования.

Message Type – тип сообщения (SETUP, CONNECT,...).

Информационные элементы могут иметь произвольную длину, их состав определяется типом сообщения.

Рис. 33. Формат информации 3-го уровня

 

В простейшем случае в установлении соединения 3-го уровня участвуют три объекта: вызывающий С (Caller), вызываемый R (Receiver) и коммутатор S (Switch). В большой сети, содержащей множество связанных между собой ком­мутаторов, установление соединения сложнее, но с точки зрения конечных поль­зователей сеть ISDN можно считать одним большим коммутатором.

1. С посылает коммутатору сообщение SETUP.

2. Если SETUP прошел нормально, коммутатор посылает к С сообщение CALL PROC и сообщение SETUP к R.

3. R принимает SETUP, и если все в норме, звонит звонок и R посылает со­общение ALERTING коммутатору.

4. Коммутатор пересылает сообщение ALERTING к С.

5. Когда R ответит на звонок, он посылает в коммутатор сообщение CONNECT.

6. Коммутатор пересылает сообщение CONNECT к С.

7. С посылает коммутатору подтверждение CONNECT АСК.

8. Коммутатор пересылает сообщение CONNECT АСК к R – соединение установлено.

 

Сети Х.25

 

Сети глобального масштаба Х.25 основаны на коммутации пакетов между конеч­ными узлами, их история началась с 70-х годов. Сети Х.25 реализуют три ниж­них уровня модели OSI. Структура сети приведена на рис. 34, где изображены основные элементы:

 DTE (data terminal equipment) – аппаратура передачи данных (терминалы, компьютеры и т. п. конечное оборудование пользователей).

 DCE (data circuit-terminating equipment) – телекоммуникационное обору­дование (модемы), обеспечивающее доступ к сети.

 PSE (packet switching exchange) – коммутаторы пакетов, образующие об­лако глобальной сети.

Для “тупых” терминалов, не поддерживающих функциональности Х.25 в полном объеме, существуют довольно простые устройства PAD (packet assembler/disassembler) – сборщики-разборщики пакетов. Они, как правило, имеют один или несколько асинхронных портов, к которым подключаются обычные терминалы, и один синхронный порт Х.25. Потоки символов из асинхронных портов накапливаются в буферах памяти PAD, по заполнении пакета (или другим условиям) он посылается в сеть. Разборка пакета производится симметрич­ным образом.

Рекомендации CCITT (ITU) Х.25 описывают интерфейс между оконечным оборудованием данных DTE (ООД или АПД) и аппаратурой окончания канала данных DCE (АКД) для терминалов, работающих в пакетном режиме и под­ключаемых к сетям передачи данных общего пользования. Физический уровень предполагает использование любого из родственных последовательных син­хронных интерфейсов Х.21, X.21bis, V.24, RS-232C, V.35, RS-449, а также G.7Q3. Для использования этих интерфейсов предполагается, что цепи DTR, DSR, RTS, CTS находятся в состоянии “включено”, в противном случае вышестоя­щие уровни функционировать не смогут. На физическом уровне нет контроля до­стоверности и управления потоком – эти функции выполняются канальным и сетевым уровнями.

На канальном уровне сеть Х.25 обеспечивает гарантированную доставку, це­лостность данных и контроль потока, при этом задержка коммутации составляет сотни миллисекунд. Канальный уровень реализуется протоколом LAP-B. Сеанс связи (Х.25 Session) устанавливается между парой устройств DTE по запросу от инициатора. После установления связи пара устройств может вести полнодуплексный обмен информации. Сеанс может быть завершен по инициативе любого DTE, после чего для последующего обмена снова потребуется установление со­единения. Логическое соединение, обеспечивающее надежный двусторонний об­мен между парой устройств DTE, называется виртуальной цепью (virtual circuit). Физически виртуальная цепь может проходить через несколько PSE. Через одно физическое соединение может проходить одновременно множество виртуальных цепей. Виртуальные цепи могут быть двух типов: коммутируемые и постоянные.

Коммутируемые виртуальные цепи SVC (Switched Virtual Circuit) служат для нерегулярного обмена данными и требуют установления, поддержания и за­вершения сеанса каждый раз при необходимости обмена.

Постоянные виртуальные цепи PVC (Permanent Virtual Circuit) не-требуют установления сеанса, и DTE могут начинать обмен в любой момент, поскольку соединение всегда активно.

Идентификатор виртуальной цепи указывается инициатором обмена (DTE) в заголовке пакета, посылаемого к DCE, к которому он подключен локально. DCE определяет PSE, который может быть использован для данной передачи. Пакет, передаваемый по цепочке PSE, достигает конечного DCE, где определяется DTE узла назначения, к которому пакет и доставляется.

Сетевой уровень Х.25 реализуется протоколом PLP (Packet-Layer Protocol). Протокол PLP управляет обменом кадрами через виртуальные цепи. Пакеты – PLP укладываются в поле данных кадра LAPB. PLP может работать и через реализации LLC2 в технологиях локальных сетей, а также через ISDN (LAPD). Протокол PLP определяет 5 режимов:

Установление соединения (Call setup) используется для организации коммутируемой виртуальной цепи между DTE, используя адресацию Х.121. Режим относится к каждой конкретной виртуальной цепи, что позволяет устанавливать цепи во время передачи данных по другой цепи, использую­щей то же физическое соединение. Для постоянных виртуальных цепей данный режим не используется.

 Режим передачи данных (Data-transfer mode) используется при обмене данными через виртуальные цепи. В этом режиме выполняется сегмента­ция, заполнение недостающих бит (padding), контроль ошибок и управление потоком. Используется для всех виртуальных цепей (PVС и SVС).

 Режим паузы (Idle mode) используется, когда коммутируемая виртуальная цепь установлена, но обмен данными не происходит. Относится к каждой конкретной SVC, для РVС не используется.

 Сброс соединения (Call-clearing mode) используется для завершения сеанса – разрыва конкретной SVC.

 Режим рестарта (Restarting mode) используется для синхронизации пе­редачи между DTE и локальным DCE. Режим не относится к конкретным виртуальным цепям, а заставляет все DTE, подключенные к данному DCE, установить виртуальные цепи.

Поле данных пользователя в пакете может иметь длину до 4096 байт (по умолчанию 128). Адресация узлов DTE выполняется в соответствии с X.1 21, что обеспечивает единое пространство адресов в мировом масштабе. Возможны три варианта адресации:

Полный международный сетевой адрес: начинается с префикса “0”, за ко­торым следует трехзначный код страны (250 – СНГ/СССР), затем номер сети в стране (1 знак) и номер узла (до 10 цифр).

Полный международный телефонный номер: адрес начинается с префикса “9”, за которым следует трехзначный код страны, затем телефонный но­мер в стране (до 11 цифр).

Внутренний сетевой адрес: начинается с номера сети в стране, за которым следует номер узла (до 10 цифр).

Сети Х.25 широко применяются для обмена сообщениями между пользователя­ми, построения распределенных систем клиент—сервер, подключения терми­нальных узлов (например, кассовых аппаратов, банкоматов, терминалов брониро­вания билетов и т. п.), связи локальных сетей и других задач. Для подключения к сети достаточно иметь обычный телефонный канал. Х.25 может работать и че­рез ISDN, как по D- так и по В-каналам. Протокол Х.25 поддерживают многие мосты и маршрутизаторы (контроллеры удаленного доступа).

Сети Х.25 стандартизованы на международном уровне и четко вписываются в модель OSI, совместимость оборудования разных производителей высокая. Сеть Х.25 гарантирует целостность данных, высокая надежность обеспечивается из­быточными связями коммутаторов и возможностью динамического изменения маршрутов. В сети имеются средства обеспечения безопасности (паролирование доступа).

Недостатком сети являются значительные задержки передачи пакетов, из-за которых, например, ее невозможно использовать для голосовой связи.

Сети Frame Relay

 

Frame Relay является упрощенным вариантом сетей с коммутацией пакетов, ориентированным на использование цифровых линий связи со скоростью до 2 Мбит/с. Frame Relay охватывает физический и канальный уровни OSI. Интерфейс пользователя UNI (User-to-Network Interface) – синхронный порт со ско­ростью 9,6-64 кбит/с (и выше). Межсетевой интерфейс NNI (Network-to-Net-work Interface) использует высокопроизводительные цифровые каналы.

Сеть позволяет передавать пакеты в пункты назначения, определяемые адрес­ным полем. Список возможных путей пересылки формируется провайдером услуг сети. Согласно этому списку, до начала работы осуществляется конфигу­рирование линий. Сеть обеспечивает установление постоянных виртуальных це­пей PVC (Permanent Virtual Circuit) или же коммутируемых SVC (Switched Vir­tual Circuit).

Сеть Frame Relay не обеспечивает гарантированной доставки, целостности данных и контроля потока – пакеты в сети могут искажаться и теряться. Это является расплатой за довольно высокую скорость коммутации без промежуточной буферизации – вносимая задержка составляет время передачи нескольких байт.

Сети используют синхронный формат HDLC с длиной поля данных до 4 кбайт и двухбайтным полем CRC. Мультиплексирование кадров осуществляет­ся по двум-четырем байтам заголовка, следующего за флагом-разделителем на­чала пакета.

Пакеты доставляются конечным потребителем независимо от поля CRC, но могут аннулироваться в случае перегрузок. На практике неперегруженная сеть доставляет пакеты довольно надежно.

Пакеты пересылаются по одной или более виртуальных цепей (Virtual Circu­its), на которые ссылаются по идентификатору DLCI (Data Link Connection Identifier): 10-битное поле DLCI, располагаемое в первых двух байтах заголовка, мо­жет быть расширено дополнительными 1-2 байтами заголовка. Признаком расширения адреса является флаг ЕА (Extended Address). Каждый DLCI имеет по­стоянно сконфигурированный маршрут коммутации к определенному получате­лю. Система с несколькими сконфигурированными идентификаторами (и путя­ми) может одновременно связываться с несколькими узлами. Все соединения DLCI устанавливаются провайдером во время конфигурирования.

Рис. 35. Формат заголовка пакета Frame Relay:

a – байты 1-2, б – байты 3 и 4 (если используются)

 

Флаг C/R (Command/Responce – команда/ответ) используется приложением по усмотрению.

Контроля потока в сети нет, но при заказе линии (56 кбит/с или Т1) указыва­ется разрешенная скорость передачи CIR (Committed Information Rate) для каждого DLCI. Эту скорость сеть выдерживает при “нормальных условиях”. Еслй передавать данные с большей скоростью, то сеть часть кадров может отмечать флагом DE (Discard Eligibility – кандидат на отбрасывание) и в случае перегрузок они будут отброшены в первую очередь. Самые дешевые сервисы Frame Relay базируются на CIR=0, что означает отметку флагом DE вcex пакетов. Сеть предупреждает о начале перегрузки установкой флагов FЕСN (Forward Explicit Congestion Notification – явное уведомление о перегрузке в прямом направле­нии) и BECN (Backward Explicit Congestion Notification – уведомление о пере­грузке в обратном направлении). По ним приложение может снизить скорость передачи до того, как кадры начнут пропадать из-за перегрузки.

Стоимость услуг Frame Relay зависит от заказанного CIR, причем какое-то значение CIR может предоставляться бесплатно. Пользователю имеет смысл за­казывать дорогой CIR только в том случае, когда на бесплатном начинают про­падать кадры.

Оборудование Frame Relay, устанавливаемое в помещении заказчика – СРЕ (Customer Premises Equipment), периодически опрашивает коммутатор для опре­деления состояния сети и соединений DLCI. Примерно каждые 10 секунд проис­ходит обмен пакетами, удостоверяющий исправность соединения. По этим паке­там сеть определяет активность данного СРЕ и сообщает, об этом на другом конце соединения. Примерно раз в минуту происходит обмен пакетами FS (Full Status – полное состояние), сообщающими, какие DLCI сконфигурированы и активны. До первого обмена FS аппаратура СРЕ не имеет информации об актив­ных DLCI и обмен данными происходить не может. На опрос состояния (status polling) имеется несколько стандартов. Старейший – временный стандарт LMI (Link Management Interface), принятый производителями до официального меж­дународного. Он должен был смениться на ANSI T1.617 Annex D, но до сих пор продолжает жить. Новейший стандарт – Q.933 – наиболее приспособлен для коммутируемых виртуальных цепей. В настоящий момент сосуществуют все три стандарта.

Frame Relay в основном используется для маршрутизации протоколов ло­кальных сетей (IPX и TCP/IP) через jбщие (public) коммуникационные сети. Он может использоваться и для передачи асинхронного трафика, SNA и даже го­лоса. Главная привлекательность – низкая цена. Технология распространена в Америке (как Х.25 в Европе). Старые сети Frame Relay не всегда корректно отра­батывают опрос состояния, поэтому бывает невозможно получить даже инфор­мацию о готовности противоположного узла. Новые сети работают лучше. Буду­щее технологии неопределенно – особо перспективной она не считается.

Технология ATМ

Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode – асинхронный режим передачи) – единая основа для передачи разнородного трафика (цифровых, голосовых и мультимедийных данных) по одним и тем же системам и линиям связи. Корнями она уходит в работы ITU по созданию BISDN (Broad­band ISDN) – широкополосной цифровой сети с интегрированными сервисами. Стандартизация технологии находится в ведении форума ATM, который распро­странил ее применимость не только на публичные сети (как BISDN), но и на ча­стные сети. Технологию ATM одно время считали самой перспективной и уни­версальной – от глобальных магистралей до рабочих мест локальных сетей. Однако из-за высокой цены и сложности применения ATM, а также благодаря успехам традиционных локальных технологий сфера ее применения ограничива­ется в основном глобальными и локальными магистралями.

В технологии ATM информация передаете в ячейках (cell) фиксированного размера в 53 байта, из которых для “полезных” данных доступны 48 байт. Ячейки пересылаются между конечными точками через сеть коммутаторов, соединен­ных между собой цифровыми линиями связи. Коммутация ячеек сочетает преи­мущества коммутации цепей и коммутации пакетов: гарантированная полоса пропускания и постоянная задержка передачи между двумя точками сочетаются с эффективной передачей скачкообразно изменяющегося трафика. Малый раз­мер ячеек выгоден для передачи трафика, чувствительного к задержкам. Так, на­пример, голосовой канал (РСМ, 8 кГц) заполняет ячейку всего за 6 мс. При пере­даче по линии связи ячейкам критичного трафика не придется долго ожидать завершения передачи длинного кадра или прерывать его передачу. Фиксирован­ный формат ячейки упрощает ее обработку коммуникационным оборудованием, что позволяет ее выполнять на аппаратном уровне с высокими скоростями.

Интерфейсы UNI и NNI

 

В ATM все узлы соединяются друг с другом двухточечными интерфейса­ми. Коммутаторы поддерживают два основных типа интерфейса: UNI и NNI. Пользовательский интерфейс UNI (User-to-Network Interface) используется для подключения к коммутатору конечных систем. Межсетевой интерфейс NNI (Network-to-Network Interface) используется для соединений между коммутато­рами. В зависимости от принадлежности и территории установки коммутатора, интерфейсы UNI и NNI разделяются на публичные (public) и частные (private). Частный UNI используется для связи узла с собственным коммутатором заказчика, частные NNI используются для связи между его коммутаторами. Публичный UNI используется для связи пользователя с коммутатором, принадлежащим оператору связи. Публичный NNI соединяет коммутаторы одной публичной сети. В дополнение к этому имеется дополнительная спецификация B-ICI (Broadband Interexchange Carrier Interconnect) для связи коммутаторов, принадлежа­щих разным публичным сетям (разным провайдерам). Все эти интерфейсы изоб­ражены на рис. 36.

Рис. 36. Интерфейсы сетей ATM

 

Ячейки ATM имеют 5-байтные заголовки, формат которых различен для UNI и NNI (рис. 37). Поля ячеек имеют следующее назначение:

GFC (Generic Flow Control) – общее управление потоком, (идентификация множества станций, разделяющих интерфейс ATM). Поле, существует только в UNI и обычно не используется.

VPI (Virtual Path Identifier) – идентификатор виртуального пути, совмест­но с VCI идентифицирует следующую точку назначения ячейки при ее пе­редаче по цепочке коммутаторов. В NNI разрядность поля расширена для поддержки большего числа виртуальных путей.

VCI (Virtual Channel Identifier) – идентификатор виртуального канала, со­вместно с VPI идентифицирует следующую точку назначения ячейки.

PT (Payload Type) – тип информации. Первый бит определяет, являются ли данные пользовательскими (0) или управляющими (1). Для пользовательских данных второй бит используется для сигнализации о перегрузке, третий является признаком последней ячейки в цепочке, образующей кадр AAL 5. Ячейки с управляющими данными могут быть четырех типов, два из которых используются для данных информационного потока ОАМ (Operations Administration and Maintenance), один тип для управления трафиком и один зарезервирован. Информация ОАМ передается между коммутаторами, в ней содержатся сведения об их состоянии, управляю­щие параметры и т. п.

CLP (Congestion Loss Priority) – приоритет потерь при перегрузках. При CLP=1 в случае перегрузки ячейка будет выброшена раньше той, у которой CLP=0.

НEG (Header Error Control) – контрольная последовательность, подсчитанная только для заголовка. Позволяет исправлять однократные и выявлять многократные битовые ошибки.

Существует три типа сервиса ATM:

Постоянные виртуальные цепи PVC (Permanent Virtual Circuits) обеспечивают прямую связь между узлами (аналогично выделенным линиям). Соединение устанавливается вручную, оно статично и не требует дополнительных процедур перед передачей данных.

Коммутируемые виртуальные цепи SVC (Switched Virtual Circuits) уста­навливаются динамически только на время передачи данных, как в коммутируемой телефонной линии. Для этого необходимо выполнять протокол сигнализации между конечными точками и коммутаторами, что занимает некоторое время и порождает дополнительный служебный трафик.

Сервис без установления соединения (connectionless service).

Сети ATM принципиально ориентированы на установление соединения, и до передачи данных между конечными точками должен быть установлен виртуальный канал VС-(Virtual Channel). Существует два типа соединений: виртуальный путь VP (Virtual Path), идентифицируемый полем VPI, и виртуальный канал, идентифицируемый комбинацией VPI и VCI. Виртуальный путь является связкой виртуальных каналов, коммутируемых на основе общего VPI. Однако VPI и VCI имеют значение только для конкретной линии связи и перераспределяются на каждом коммутаторе.

Основная задача коммутатора ATM – продвижение ячеек. Коммутатор при­нимает ячейку и по значениям VCI и VPI через таблицу трансляции определяет выходной интерфейс (интерфейсы), в который она должна быть направлена. По этой же таблице определяются и новые значения VPI и VCI для данной ячейки. Для установления соединения должны быть сделаны соответствующие записи в таблицах трансляции всех коммутаторов по пути между конечными точками.

 

Архитектурная модель ATM

 

Архитектурная модель ATM приведена на рис. 38. В ней имеется три плана (плоскости, plane), распространяющихся на все уровни:

Управление (Control) – генерация и обслуживание запросов сигнализации.

Пользовательский (User) – обслуживание передачи данных.

Менеджмент (Management) – управление функциями, специфическими для конкретных уровней (обнаружение отказов, разрешение протоколь­ных проблем), и управление планами в комплексе.

Уровни модели ATM:

Физический (Physical layer) аналогично физическому уровню OSI опреде­ляет способы передачи в зависимости от среды.

Уровень ATM (ATM layer) отвечает за передачу ячеек через сеть ATM, ис­пользуя информацию их заголовков. Вместе с уровнем адаптации пример­но эквивалентен второму уровню модели OSI.

Уровень адаптации ATM, AAL (ATM Adaptation Layer) обеспечивает изо­ляцию верхних протокольных уровней от деталей АТМ-процесса.

Высшие уровни расположенные над AAL, принимают пользовательские данные, оформляют их в виде пакетов для AAL и выполняют обратные преобразования.

Физический ypoвень преобразует биты в ячейки и обратно, передает и прини­мает биты, определяет границы ячеек и упаковывает ячейки в кадры, соответствующие среде передачи. Физический уровень делится на два подуровня:

PMD (Physical Medium-Dependent), зависимый от среды передачи, син­хронизирует передачу и прием с непрерывными потоками пересылаемых бит и определяет физическую среду, включая типы кабелей и коннекто­ров. Примерами PMD являются каналы SONET/SDH, DS-3/E3, передача по ММ-волокну или витой паре со скоростью 155 Мбит/с с кодировани­ем 8B/10B.

 Подуровень конвергенции передачи ТС (Transmission-Convergence) опреде­ляет границы ячеек в потоке бит, генерирует и проверяет контрольное поле заголовка (НЕС), согласует скорость передачи ячеек и упаковывает ячейки в кадры. При согласовании скорости вводятся или, наоборот, подавляются пустые ячейки для подстройки под скорость системы передачи. Упаковка в кадры учитывает особенности каналов. В простейшем случае используется прямая передача ячеек, когда они побитно передаются в физическую среду. При использовании интерфейсов синхронных (SONET/ SDH) или плезиохронных иерархий (PDH) ячейки должны упаковывать­ся в кадры в соответствии с правилами конкретных интерфейсов.