Технология глобальных сетей с коммутацией пакетов

В80-е годы для надежного объединения локальных сетей и крупных компьютеров в корпоративную сеть использовалась практически одна технология глобальных сетей с коммутацией пакетов — Х.25. Сегодня выбор стал гораздо шире, помимо сетей Х.25 он включает такие технологии, как frame relay, SMDS (Switched Multi-megabit Data Service) и АТМ. Кроме этих технологий, разработанных специально для глобальных компьютерных сетей, можно воспользоваться услугами территориальных сетей TCP/IP, которые доступны сегодня как в виде недорогой и очень распространенной сети Internet, так и в виде коммерческих глобальных сетей TCP/IP, изолированных от Internet и предоставляемых в аренду телекоммуникационными компаниями.

В таблице приводятся характеристики этих сетей. В графе «Трафик» называется тип трафика, который наиболее подходит для данного типа сетей, а в графе «Скорость доступа» — наиболее типичный диапазон скоростей, предоставляемых поставщиками услуг этих сетей.

Таблица: Характеристики сетей с коммутацией пакетов.

Все перечисленные в таблице сети, кроме сетей TCP/IP, использу­ют маршрутизацию пакетов, основанную на виртуальных каналах между ко­нечными узлами сети.

Техника виртуальных каналов заключается в разделении операций маршрути­зации и коммутации пакетов. Первый пакет таких сетей содержит адрес вы­зываемого абонента и прокладывает виртуальный путь в сети, настраивая промежуточные коммутаторы. Остальные пакеты проходят по виртуальному каналу в режиме коммутации на основании номера виртуального канала, кото­рый является локальным адресом для каждого порта каждого коммутатора.

Техника виртуальных каналов имеет преимущества и недостатки по сравнению с техникой маршрутизации каждого пакета.

Преимуществами являются: ускоренная коммутация пакетов по номеру виртуаль­ного канала, а также сокращение адресной части пакета, а значит, и избыточности заголовка.

К недостаткам следует отнести невозможность распараллеливания по­тока данных между двумя абонентами по параллельным путям, а также неэффек­тивность установления виртуального пути для кратковременных потоков данных.

Сети Х.25 являются на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми для построения корпоративных сетей. Основная причина такой ситуации состоит в том, что долгое время сети Х.25 были единственными доступными сетями с коммутацией пакетов коммерческого типа, в которых давались гарантии коэффициента готовности сети. Кроме того, сети Х.25 хорошо работают на низкоскоростных ненадежных линиях связи 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.

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 в 1974 году и пересматривался несколько раз. Стандарт наилучшим образом подходит для передачи трафика низкой интенсивности, характерного для терминалов, и в меньшей степени соответствует более высоким требованиям трафика локальных сетей. Как видно из названия, стандарт не описывает внутреннее устройство сети Х.25, а только определяет пользовательский интерфейс с сетью. Взаимодействие двух сетей Х.25 определяет стандарт Х.75.

Сетиframe relay — сравнительно новые сети, которые специально разрабатывались как общественные сети для соединения частных локальных сетей и гораздо лучше подходят для передачи пульсирующего графика локальных сетей по сравнению с сетями Х.25. Однако 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. Технология frame relay в сетях ISDN стандартизована как служба.

Преимущество сетей frame relay заключается также в их низкой протокольной избыточности, что обеспечивает высокую пропускную способность и небольшие задержки кадров. Надежную передачу кадров технология frame relay не обеспечивает. На надежных волоконно-оптических каналах технология Х.25 становится из­быточной и неэффективной, так как значительная часть работы ее протоколов ведется «вхолостую».

Особенностью технологии frame relay является гарантированная поддержка ос­новных показателей качества транспортного обслуживания локальных сетей — сред­ней скорости передачи данных по виртуальному каналу при допустимых пульсациях графика. Кроме технологии frame relay гарантии качества обслуживания на сегодня | может предоставить только технология АТМ, в то время как остальные технологии предоставляют требуемое качество обслуживания только в режиме «с максималь­ными усилиями» (best effort), то есть без гарантий.

Технология SMDS (Switched Multi-megabit Data Service) была разработана в США для объединения локальных сетей в масштабах мегаполиса, а также предос­тавления высокоскоростного выхода в глобальные сети. Стандарты SMDS международного статуса не имеют. Сети SMDS реализованы во многих крупных городах США, однако в других странах эта технология распространения не получила. Сегодня сети SMDS вытесняются сетями АТМ, имеющими более широкие функциональные возможности.

Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, АТМ) разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг, которые называются широкополосными сетями ISDN (Broadband-ISDN, B-ISDN).

Гетерогенность — неотъемлемое качество любой крупной вычислительной сети, и на согласование разнородных компонентов системные интеграторы и администра­торы тратят большую часть своего времени. Поэтому любое средство, сулящее пер­спективу уменьшения неоднородности сети, привлекает пристальный интерес сетевых специалистов. В этом и заключается основная идея технологии АТМ.

По планам разработчиков единообразие, обеспечиваемое АТМ, будет состоять в том, что одна транспортная технология сможет обеспечить несколько перечислен­ных возможностей:

§ Передачу в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного (голос, видео) трафика, чувствительного к задержкам, причем для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его по­требностям.

§ Иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит до нескольких гагабит в секунду с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений.

§ Общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей.

§ Сохранение имеющейся инфраструктуры физических каналов или физических протоколов.

§ Взаимодействие с унаследованными протоколами локальных и глобальных се­тей (IP, SNA, Ethernet, ISDN).

Технология АТМ совмещает в себе подходы двух технологий — коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой она взяла на вооружение передачу дан­ных в виде адресуемых пакетов, а от второй — использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более пред­сказуемыми. С помощью техники виртуальных каналов, предварительного заказа параметров качества обслуживания канала и приоритетного обслуживания вирту­альных каналов с разным качеством обслуживания удается добиться передачи в одной сети разных типов трафика без дискриминации.

Хотя сети ISDN также раз­рабатывались для передачи различных видов трафика в рамках одной сети, голосо­вой трафик явно был для разработчиков более приоритетным. Технология АТМ с самого начала разрабатывалась как технология, способная обслуживать все виды трафика в соответствии с их требованиями.

Службы верхних уровней сети B-ISDN должны быть примерно такими же, что и у сети ISDN — это передача факсов, распространение телевизионного изображе­ния, голосовая почта, электронная почта, различные интерактивные службы, на­пример проведение видеоконференций. Высокие скорости технологии АТМ создают гораздо больше возможностей для служб верхнего уровня, которые не могли быть реализованы сетями ISDN — например, для передачи цветного телевизионного изоб­ражения необходима полоса пропускания в районе 30 Мбит/с. Технология ISDN такую скорость поддержать не может, а для АТМ она не составляет больших про­блем.

Сети TCP/IP занимают особое положение среди технологий глобальных сетей, так как они выполняют роль технологии объединения сетей любых типов, в том числе и сетей всех остальных глобальных технологий. Таким образом, сети TCP/ IP относятся к более высокоуровневым технологиям, чем технологии собствен­но глобальных сетей.

Контрольные вопросы:

§ Назовите и дайте характеристики сетей с коммутацией пакетов