'

Раздел 6 Технологии глобальных сетей

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Аппаратное и программное обеспечение ЭВМ и сетей Тема № 34 Технология виртуальных каналов. Сети Frame Relay Раздел 6 Технологии глобальных сетей


Слайд 1

На сегодняшний день в глобальных сетях помимо IP технологии применяются технологии Frame Relay и ATM. Ранее широко применявшаяся технология Х.25, из-за избыточности и слишком больших накладных расходов практически не применяется и представляют, сегодня только исторический интерес Объединяет все перечисленные технологии то, что они основаны на технике виртуальных каналов. Техника виртуальных каналов является альтернативой дейтаграммному способу продвижения пакетов, на котором основаны сети Ethernet и IP. Конкуренция между этими двумя основными принципами передачи данных существует давно, практически с момента появления первых сетей с коммутацией пакетов. Коммерческие глобальные сети достаточно долго, вплоть до революционного распространения Интернета в середине 90-х, отдавали предпочтение технике виртуальных каналов. Основная причина состоит в том, что эта техника обеспечивает гораздо более высокую степень контроля над соединениями между пользователями сети и путями прохождения потоков информацией через узлы сети. Технология виртуальных каналов. Сети Frame Relay


Слайд 2

В результате оператор получает возможность рационального распределения ресурсов между пользователями в соответствии с теми услугами, на которые они подписались. Проблема обеспечения параметров QoS также проще решается при применении виртуальных каналов. Безусловно, у этого подхода есть и недостатки, основной из которых — большие затраты времени и труда на установление каждого виртуального соединения. Дейтаграммный метод взаимодействия узлов сети, напротив, отличаясь простотой связи любого узла сети с любым другим узлом, дает оператору весьма ограниченный контроль над распределением ресурсов между пользователями. В современных сетях компромисс достигается за счет сочетания обоих методов. В составной глобальной сети значительная часть образующих ее сетей работает на основе техники виртуальных каналов, то есть является сетями Frame Relay или ATM. В то же время объединение этих сетей происходит на основе дейтаграммного протокола IP. Такое многослойное построение WAN дает необходимый результат, но приводит к достаточно сложной организации сети и частичному дублированию функций каждым из слоев. Технология виртуальных каналов. Сети Frame Relay


Слайд 3

Например, протоколы маршрутизации работают как в ATM-сетях, так и на лежащем выше уровне IP. Попытки более тесной интеграции дейтаграммного метода с методом виртуальных каналов привели к созданию технологии MPLS. В этой технологии протоколы маршрутизации стека TCP/IP используются для исследования топологии сети и нахождении рациональных маршрутов, а продвигаются пакеты на основе техники виртуальных каналов. Обеспечение высокоскоростного доступа к сетевой магистрали представляет собой сегодня масштабную проблему. Скорость нужно повысить на миллионах линий связи, соединяющих помещения пользователей с ближайшим центральными офисами операторов связи. Поэтому традиционные для магистрали решения, основанные на использовании оптического волокна и требующие прокладки новых кабелей к домам и офисным зданиям, для обеспечения массового доступа чаще всего экономически не оправданы. Более эффективными являются технологии, в которых задействуется существующая кабельная инфраструктура (например, линии ADSL, работающие на абонентских окончаниях телефонной сети), или кабельные модемы, использующие системы кабельного телевидения. Альтернативным решением является беспроводной доступ, как мобильный, так и фиксированный. Технология виртуальных каналов. Сети Frame Relay


Слайд 4

Технологии Х.25, Frame Relay и ATM значительно отличаются функциональными характеристиками. В то же время все они используют технику виртуальных каналов, которая является разновидностью техники, ориентированной на установление соединения. Технология Х.25 появилась на заре эры компьютерных сетей, практически одновременно с сетью ARPANET, давшей начало Интернету и дейтаграммному протоколу IP. В 70-80 годы прошлого столетия глобальные и распределенные сети активно использовали технологию Х.25. В это время для построения распределенных сетей применялись аналоговые линии связи, которые не могли сами по себе обеспечить надежную передачу цифровых данных. Технология Х.25, в которой изначально был заложен принцип виртуальных каналов, позволяла достигнуть необходимой надежности при передачи данных. Распространение высокоскоростных и надежных цифровых каналов в середине 80-х годов привело к тому, что функции технологии Х.25 по обеспечению надежной передачи данных стали избыточными. Результатом этого стало появление принципиально новой технологии глобальных сетей Frame Relay. Технология виртуальных каналов. Сети Frame Relay


Слайд 5

Особенность этой технологии состоит в том, что, освободившись от многих ненужных в современном телекоммуникационном мире функций, она выполняет только тот минимум, который необходим для доставки кадров адресату. Вместе с тем перечень возможностей Frame Relay был расширен за счет функции поддержки параметров QoS для эластичного трафика. Первоначально разработчики стандартов Frame Relay не планировали использования данной технологии для переноса чувствительного к задержкам трафика, поэтому уровень задержек и джиттер не входят в число параметров, гарантируемых пользователю. Тем не менее, передача голоса с высоким качеством в сетях Frame Relay возможна — для этого коммутаторы сети должны обеспечивать приоритезацию трафика. Технология ATM предоставляет своим пользователям разнообразный и интегрированный набор транспортных услуг. В отличие от технологий Х.25 и Frame Relay, ATM была изначально задумана как технология, в равной степени ориентированная на передачу трафика всех существующих типов: компьютерных данных, голоса, видео, управления объектами и т. п. Технология виртуальных каналов. Сети Frame Relay


Слайд 6

Фиксированный небольшой размер кадра, называемого здесь ячейкой, позволяет минимизировать задержки трафика реального времени. Однако платой за высокое качество услуг оказываются техническая сложность и высокая стоимость ATM сети. а также проблемы обработки ячеек на сверхвысоких скоростях, таких как, например, 2,5 и 10 Гбит/с. Тем не менее ATM является очень популярной технологией и с ее возможностями по инжинирингу трафика и поддержке параметров QoS пока не сравнилась ни одна из существующих технологий. Технология виртуальных каналов. Сети Frame Relay


Слайд 7

Ключевые слова: коммутируемый виртуальный канал, постоянный виртуальный канал, сигнальный протокол, таблица маршрутизации, таблица коммутации, система управления сетью, кратковременный и долговременный потоки, агрегированный поток. Существует два типа виртуальных каналов. Коммутируемый виртуальный канал (Switched Virtual Circuit, SVC), создание которого происходит по инициативе конечного узла сети с помощью автоматической процедуры. Постоянный виртуальный канал (Permanent Virtual Circuit, PVC), его создание происходит заранее, причем коммутаторы настраиваются вручную администратором сети, возможно, с привлечением централизованной системы сетевого администрирования и некоторого служебного протокола (пока чаще всего — фирменного). Аббревиатуры SVC/PVC часто интерпретируются еще и как Switched/Permanent Virtual Channel (коммутируемый/постоянный виртуальный канал) пли Switched/ Permanent Virtual Connection (коммутируемое/постоянное виртуальное соединение). Техника виртуальных каналов


Слайд 8

Рассмотрим сначала процесс создания коммутируемого виртуального канала, то есть канала SVC. Коммутируемые виртуальные каналы Процедура создания коммутируемого виртуального канала подобна процедуре установления соединения в телефонных сетях. В телефонных сетях протокол, реализующий такую процедуру, называется сигнальным протоколом, поэтому и протоколы установления виртуального соединения в сетях с коммутацией пакетов также часто называют сигнальными. Создание коммутируемого виртуального канала требует наличия в коммутаторах таблиц маршрутизации, аналогичных таблицам маршрутизации IP сетей. При этом неважно, как они были построены, автоматически, с помощью какого-либо протокола маршрутизации, или же вручную. Пример такой таблицы приведен на рис. 6-34.1. Рисунок 6-34.1 иллюстрирует процесс прокладки виртуального канала между узлами N1, А1(адрес ) и N2, А2 через сеть, представленную здесь двумя коммутаторами S1 и S2. На рисунке помечены три описанных ниже этапа выполнения этой процедуры. Техника виртуальных каналов


Слайд 9

1.Установление виртуального канала начинается с того, что узел-инициатор N1, А1 генерирует специальный пакет — запрос на установление логического соединения с узлом N2, А2. В нашем обобщенном примере этот запрос назван Call Setup (такое же название он носит и в некоторых конкретных сигнальных протоколах, например в Q.933 для Frame Relay и Q.2931 для ATM). Упрощенно можно сказать, что запрос содержит пару: многоразрядный адрес узла назначения и начальное значение идентификатора виртуального канала (VCI). Пусть в нашем примере в самом начале запрос Call Setup имеет следующий начальный вид: (102, 132456.8112). В примере для определенности используются 3-байтовые адреса подсетей и 2-байтовые адреса конечных узлов, на практике в глобальных сетях на основе виртуальных каналов часто применяются более длинные адреса. Здесь 102 — начальное значение VCI, а 132456.8112 — адрес узла назначения, старшая часть которого — номер подсети, младшая часть — номер узла1 Техника виртуальных каналов


Слайд 10

Рис. 6-34.1. Установление виртуального канала Техника виртуальных каналов В примере для определенности используются 3-байтовые адреса подсетей и 2-байтовые адреса конечных узлов, на практике в глобальных сетях на основе виртуальных каналов часто применяются более длинные адреса.


Слайд 11

Присвоенный виртуальному каналу номер 102 имеет локальное значение для порта компьютера, через который устанавливается соединение. Так как через порт уже проходит виртуальный канал с номером 101, то программное обеспечение сигнального протокола, работающее на конечном узле, просто выбрало первый свободный не используемый в данный момент на данном порту номер из разрешенного диапазона. Такой подход гарантирует уникальную идентификацию виртуальных каналов в пределах каждого порта. ПРИМЕЧАНИЕ - Заметим, что в приведенном таблице маршрутизации нет информации об адресе следующего коммутатора — в отличие от таблиц IP-сетей. Это связано с тем, что в глобальных сетях коммутаторы всегда связаны двухточечными линиями связи (физическими каналами), не поддерживающими множественное подключение, типичное для технологий локальных сетей, поэтому номер выходного порта однозначно определяет следующий коммутатор. Техника виртуальных каналов


Слайд 12

Узел-инициатор должен выбрать коммутатор сети, которому целесообразно передать запрос на установление канала. Такой выбор может происходить на основе таблицы маршрутизации узла-отправителя, но если узел соединен с сетью единственным портом, как в приведенном примере, то таблица маршрутизации узлу, естественно, не требуется. Попав в буфер порта 1 коммутатора S1, пакет Call Setup обрабатывается в соответствии со своим адресом назначения и значениями таблицы маршрутизации. Запись с адресом 132456 говорит, что пакет нужно передать на порт 3.  2. После определения для пакета Call Setup выходного порта, коммутатор S1 генерирует для него новое значение номера виртуального канала, а именно 106. Этот номер был выбран потому, что на участке сети от порта 3 коммутатора S1 до порта 1 коммутатора S2 он однозначно идентифицирует устанавливаемый виртуальный канал. Именно это обстоятельство имелось в виду, когда ранее отмечалось, что идентификаторы виртуальных каналов имеют локальный характер. После изменения значения идентификатора виртуального канала пакет Call Setup приобретает вид (106, 132456.8112) и передается через выходной порт 3 коммутатора S1 на входной порт 1 коммутатора S2. Техника виртуальных каналов


Слайд 13

Одновременно с продвижением пакета коммутатор создает таблицу коммутации (не путайте с упомянутой выше таблицей маршрутизации). Таблица коммутации потребуется впоследствии, когда виртуальный канал будет установлен и по нему начнут передаваться пользовательские данные, причем уже без адресов узлов назначения. Каждая запись таблицы коммутации состоит из четырех основных полей: номера входного порта; входной метки (SVC) в поступающих на входной порт пакетах; номера выходного порта; выходной метки (SVC) в передаваемых через выходной порт пакетах. В таблице коммутации запись 1-102-3-106 означает, что все пакеты, которые поступят на порт 1 с идентификатором виртуального канала 102, будут продвигаться на порт 3, а в поле идентификатора виртуального канала появится новое значение — 106. Техника виртуальных каналов


Слайд 14

Виртуальные каналы могут быть однонаправленными и двунаправленными. В рассматриваемом примере создается двунаправленный канал, поэтому коммутатор создает еще одну запись в таблице коммутации — для продвижения пакетов в обратном направлении, от узла N2, А2 к узлу N1, А1. Эта запись является зеркальной по отношению к первой записи, так что пакет, имеющий метку 106 и поступивший на порт 3 коммутатора S1, получит при выходе из порта 1 первоначальное значение метки, а именно 102. В результате узел N1, А1 правильно распознает принадлежность пришедшего пакета виртуальному каналу, несмотря на постоянные смены номеров в процессе путешествия пакета по сети. 3. Процедуру установления виртуального канала продолжает коммутатор S2. По адресу назначения, указанному в запросе, и по своей таблице маршрутизации (на рисунке она не показана) он определяет выходной порт и передает на него запрос, обновляя при этом поле идентификатора виртуального канала. В данном случае коммутатор назначил пакету Call Setup номер виртуального канала 108. В результате запрос приходит в конечный узел в виде (108, 132456.8112). Техника виртуальных каналов


Слайд 15

Конечный узел, получив запрос, может его принять или отвергнуть. О положительном решении, то есть об установлении виртуального канала, он сообщает служебным пакетом Connect, который проходит по сети в обратном направлении, используя «зеркальные» записи в таблице коммутации. После получения подтверждения Connect конечные узлы могут начать пользоваться проложенным виртуальным каналом, посылая по нему пользовательские данные. Отправляемые узлом N1, А1 ячейки продвигаются на основе значения идентификатора виртуального канала, который обычно имеет небольшую длину, например, в технологии Х.25 он занимает всего полтора байта, в то время как длина адреса узла в сети Х.25 достигает 16 байт. По существу, в сетях на основе коммутируемых виртуальных каналов используются два режима работы сети. При прокладке канала SVC запрос на установление соединения передается по сети в стандартном режиме маршрутизации с глобальными (для всей сети) адресами назначения и информацией о полной топологии сети. То есть протоколы установления виртуальных каналов (сигнальные протоколы) работают на сетевом уровне модели OSI. После установления соединения сеть начинает работать на основе локальных меток и локальных таблиц коммутации, что позволяет отнести такой режим к канальному уровню модели OSI, а коммуникационные устройства — к классу коммутаторов (стандартное название для устройств этого уровня). Техника виртуальных каналов


Слайд 16

Постоянные виртуальные каналы Постоянный виртуальный канал (PVC) не прокладывается динамически узлами сети. Вместо этого администратор сети заранее создает таблицы коммутации вручную. Администратор может делать это локально, подключаясь к коммутатору, например, с помощью интерфейса RS-232 и используя свой ноутбук как виртуальный терминал. Конечно, это — не самый удобный способ конфигурирования таблиц коммутации для таких распределенных систем, как глобальные сети. Поэтому обычно администратор использует ту или иную систему управления сетью. Администратор вводит в систему данные о том, через какие узлы должен проходить виртуальный канал, система взаимодействует с коммутаторами сети, автоматически выбирая нужные значения меток и создавая записи в таблицах коммутации. К сожалению, системы управления сетью часто несовместимы, так как любая из них — это сложное приложение, которое реализуется разными производителями по-разному. В результате автоматизировать установление канала PVC можно только в пределах части сети, работающей на оборудовании одного производителя, а «сшивать» части PVC на границе сетей приходится вручную. Техника виртуальных каналов


Слайд 17

Очевидно, что при создании PVC таблицы маршрутизации становятся ненужными, так как путь выбирается администратором. Для того чтобы приготовить к использованию созданный постоянный виртуальный канал, администратор должен ввести в конечные узлы, для которых канал создавался, метки каждого конца канала. Например, если бы виртуальный канал на рис.6-34.1 был проложен как постоянный, тогда администратор компьютера N1, А1 должен был ввести в него метку 102, а администратор компьютера N2, А2 — метку 108. Если технология виртуальных каналов поддерживает только каналы PVC, то это дает основание считать ее исключительно технологией канального уровня. Примером такого рода является технология Frame Relay, в которой долгое время существовали только каналы PVC, так что ее по праву считали канальной технологией. И хотя сегодня сети Frame Relay поддерживают оба типа каналов, ее по-прежнему часто называют канальной технологией, имея в виду режим продвижения данных. Технология ATM с самого начала своего существования поддерживала обе разновидности виртуальных каналов, тем не менее, ее по той же причине чаще всего относят к технологии второго уровня. Техника виртуальных каналов


Слайд 18

Дейтаграммные сети, в которых этап установления соединения отсутствует, более эффективно справляются, с передачей кратковременных потоков данных. Сети, поддерживающие виртуальные каналы, больше подходят для передачи долговременных объёмных потоков данных. Сравнение технологий виртуальных каналов и дейтаграмм Техника виртуальных каналов имеет свои достоинства и недостатки по сравнению с дейтаграммной техникой. В отличие от дейтаграммных протоколов, таких, например, как IP, протоколы с поддержкой виртуальных каналов требуют предварительного установления соединения, что вносит дополнительную задержку перед передачей данных. Эта задержка особенно сказывается при передаче небольших объемов данных — так называемых кратковременных потоков, когда время установления виртуального канала может быть соизмеримым со временем передачи данных. Техника виртуальных каналов


Слайд 19

Однако следует учесть, что время, затраченное на установление виртуального канала, компенсируется последующей быстрой передачей всего потока пакетов. Перемещение пакетов в сети с поддержкой виртуальных каналов ускоряется за счет двух факторов. Решение о продвижении пакета принимается быстрее благодаря меньшему размеру таблиц коммутации. Существенно сокращается адресная часть в пакетах, следовательно, снижается доля служебной информации и возрастает полезная скорость передачи данных. Адреса конечных узлов в глобальных сетях обычно имеют достаточно большую длину — 14-15 десятичных цифр, которые занимают до 20 байт в служебном поле пакета. Номер же виртуального канала обычно не превышает 10-12 бит. Наиболее эффективным по критерию производительности являются каналы PVC. Значительную часть работы по маршрутизации пакетов администратор сети уже выполнил, вручную проложив виртуальные каналы, коммутаторам остается только быстро продвигать пакеты на основе готовых таблиц коммутации портов. Постоянный виртуальный канал подобен выделенному каналу в том смысле, что не требуется устанавливать или разрывать соединение, обмен пакетами по PVC может происходить в любой момент времени. Техника виртуальных каналов


Слайд 20

Отличие PVC от выделенной линии состоит в том, что пользователь не имеет тех гарантий относительно действительной пропускной способности канала. Зато использование PVC обычно намного дешевле, чем аренда выделенной линии, за счет того, что пользователь делит пропускную способность сети с другими пользователями. Постоянные виртуальные каналы выгодно использовать для передачи агрегированных потоков трафика, состоящих из большого количества индивидуальных потоков абонентов сети. В этом случае виртуальный канал прокладывается не между конечными абонентами, а между граничными участками сетевой магистрали, на которой данный агрегированный поток существует, например, от одного пограничного маршрутизатора сети оператора связи до другого. В силу закона больших чисел агрегированные потоки обладают высокой степенью устойчивости, так что для них эффективно задействовать постоянные виртуальные каналы. Техника виртуальных каналов


Слайд 21

Еще одно преимущество дейтаграммных сетей состоит в том, что они достаточно быстро адаптируются к изменениям топологии, вызванным, например, отказом маршрутизатора или линии связи. При возникновении такой ситуации пакеты просто направляются по новому пути (здесь, правда, нужно учесть время установления новой конфигурации в таблицах маршрутизации). А при отказе коммутатора или линии связи на пути виртуального канала соединение разрывается, и виртуальный канал нужно прокладывать заново в обход отказавших участков сети. Техника виртуальных каналов


Слайд 22

Технология Frame Relay (FR) была разработана, как продолжение ранее использовавшей технологии X.25. Трехуровневый стек протоколов сетей X.25 хорошо зарекомендовал себя на ненадежных зашумленных линиях связи, исправляя ошибки и управляя потоком данных на канальном и пакетном уровнях. Надежность Х.25 достигается большими накладными расходами, что заметно сокращает пропускную способность каналов сетей Х.25, особенно это чувствуется при пульсирующем характере передачи данных. Сети Frame Relay гораздо лучше подходят для передачи пульсирующего трафика компьютерных сетей по сравнению с сетями Х.25. Правда, это преимущество проявляется только тогда, когда линии связи приближаются по качеству к линиям связи локальных сетей, а для глобальных линий такое качество обычно достижимо только при использовании волоконно-оптических кабелей и цифровых каналов связи (PDH, SDH и т.д.) Технология Frame Relay была сначала стандартизована комитетом CCITT (ITU-T) как одна из служб сетей ISDN. Сети Frame Relay


Слайд 23

Простая и в то же время эффективная для волоконно-оптических линий связи технология Frame Relay сразу привлекла внимание ведущих телекоммуникационных компаний и организаций по стандартизации. Стандарты Frame Relay, подготовленные и ITU-Т/ANSI, и FRF, определяют два типа виртуальных каналов — постоянные (PVC) и коммутируемые (SVC). Это в большей мере соответствует потребностям пользователей. Однако производители оборудования Frame Relay и поставщики услуг сетей Frame Relay начали с поддержки только постоянных виртуальных каналов. Оборудование, поддерживающее коммутируемые виртуальные каналы, появилось на рынке с большой задержкой. Именно поэтому технология Frame Relay часто ассоциируется только с постоянными виртуальными каналами. Стек протоколов Frame Relay Разработчики технологии Frame Relay, учитывая высокое качество каналов связи на оптическом волокне, появившихся в конце 80-х годов, посчитали возможным не включать в протоколы стека функции обеспечения надежности. Вероятность возникновения ошибок, искаженных или потерянных кадров, на цифровых каналов связи была достаточно низкой. Сети Frame Relay


Слайд 24

Если же, такое событие все же происходило, то технология FR игнорирует эту ситуацию, оставляя работу по восстановлению утерянных или искаженных кадров протоколам верхних уровней, таким как TCP. Именно благодаря низкой протокольной избыточности технология Frame Relay обеспечивает высокую пропускную способность и небольшие времена задержки кадров. ПРИМЕЧАНИЕ Параллельно была разработана технология Frame Switching, которая, как и Х.25, обеспечивает надежную передачу кадров на канальном уровне и может применяться в тех случаях, когда каналы обладают недостаточно высоким уровнем качества или же к канальному уровню по каким-то причинам предъявляются требовании надежной передачи кадров. На практике технология Frame Switching не нашла своего применении. На рис. 6-34.2 показан стек протоколов технологий Frame Relay и Frame Switching в том виде, в котором они описаны в рекомендациях ITU-T. Протоколы слоя управления выполняют работу по установлению виртуального соединения, а протоколы слоя данных передают кадры по уже установленному виртуальному соединению. Сети Frame Relay


Слайд 25

Рис. 6-34.2. Cтек протоколов технологий Frame Relay и Frame Switching На канальном уровне сетей Frame Relay работает протокол LAP-F (Link Access Procedure or Frame mode bearer services), называемый в рекомендациях ITU-T аббревиатурой Q.922. Сети Frame Relay


Слайд 26

Существует две версии этого протокола. Протокол LAP-F core является основным во всех сетях Frame Relay. Этот протокол обеспечивает минимум средств, но в этом случае сеть будет предоставлять только услуги постоянных виртуальных каналов. Протокол LAP-F control, обеспечивающий восстановление кадров по алгоритму скользящего окна, необходим для того, чтобы сеть оказывала услуги Frame Switching (коммутации кадров). Оба протокола (LAP-F соrе и LAP-F control) относятся к протоколам канального уровня, обеспечивая передачу кадров между двумя соседними коммутаторами. На физическом уровне сеть Frame Relay может использовать линии связи технологии PDH/SDH или ISDN. Теперь рассмотрим слой управления, выполняющий функции установления динамически коммутируемых каналов SVC. Коммутаторы сети должны поддерживать два протокола слоя управления - на канальном уровне LAP-D (который называется также Q.921) и Q.933 на сетевом. Протокол LAP-D в сетях Frame Relay обеспечивает надежную передачу сигнальных кадров между соседними коммутаторами. Сети Frame Relay


Слайд 27

Протокол Q.933 использует адреса конечных узлов, между которыми устанавливается виртуальный канал. Адрес состоит из 15 десятичных цифр, которые делятся, как и обычные телефонные номера, на поля кода страны (от 1до 3 цифр), кода города и номера абонента. К адресу добавляется до 40 цифр под адреса, которые требуются для нумерации терминальных устройств, если у одного абонента их несколько, Таблицы маршрутизации для технологии Frame Relay создаются вручную. Протокол автоматического составления не определен, часто используется фирменный протокол. ВНИМАНИЕ - В сетях Х.25 после установлении соединения пользовательские данные передаются протоколами канального и сетевого уровней, в сетях Frame Relay после установления виртуальною соединении данные передаются только с помощью протокола канального уровня, что значительно снижает накладные расходы. По виртуальным каналам Frame Relay могут передаваться данные различных протоколов. Спецификация RFC 1490 определяет методы инкапсуляции в кадры Frame Relay пакетов сетевых протоколов, таких как IP и IPX, протоколов локальных сетей, например Ethernet, а также протокола SNA. Сети Frame Relay


Слайд 28

Структура кадра протокола LAP-F приведена на рис. 6-34.3. Рис. 6-34.3. Формат кадра LAP-F Поле DLCI (Data Link Connection Identifier — идентификатор соединения уровня канала данных) состоит из 10 бит, что позволяет задействовать до 1024 виртуальных соединений. Поле DLCI может занимать и большее число разрядов -этим управляют признаки расширения адреса ЕА0 и ЕА1 (аббревиатура ЕА означает Extended Address, то есть расширенный адрес). Если бит расширения адреса установлен в ноль, то признак называется ЕА0 и означает, что в следующем байте имеется продолжение поля адреса, а если бит расширения адреса равен 1, то поле называется ЕА1 и означает окончание поля адреса. Сети Frame Relay


Слайд 29

Десяти разрядный формат DLCI является основным, но при использовании трех байтов для адресации поле DLCI имеет длину 16 бит, а при использованbb четырех байтов - 23 бита. Стандарты Frame Relay распределяют DLCI-адреса между пользователями и сетью следующим образом: 0 - используется для виртуального канала локального интерфейса администрирования (LMI); 1-15 — зарезервированы; 16-991 — используются абонентами для нумерации каналов PVC и SVC; 992-1007 — используются сетевой транспортной службой; 1008-1022 - зарезервированы; 1023 — используется для управления канальным уровнем. Таким образом, в любом интерфейсе Frame Relay для оконечных устройств пользователя отводится 976 DLCI-адресов. Поле данных может иметь размер до 4056 байт. Поле C/R переносит признак команды (Command) или ответа (Response). Этот признак является унаследованным и используется в протокольных операциях HDLC. Поля DE, FECN и BECN используются протоколом для управления трафикоми поддержания заданного качества обслуживания виртуального канала. Сети Frame Relay


Слайд 30

Поддержка параметров QoS Для каждого виртуального соединения определяется несколько параметров, связанных со скоростью передачи данных и влияющих на качество обслуживания. Согласованная скорость передачи данных (Committed Information Rate, CIR) - скорость, с которой сеть будет передавать данные пользователя. Согласованная величина пульсации (Committed Burst Size, Bc) — максимальное количество байтов, которое сеть будет передавать от данного пользователя за интервал времени T, называемый временем пульсации, соблюдая согласованную скорость CIR. Дополнительная величина пульсации (Excess Burst Size, Be) — максимальное количество байтов, которое сеть будет пытаться передать сверх установленного значения Вс за интервал времени Т. Эти параметры являются однонаправленными, то есть виртуальный канал может поддерживать разные значения CIR, Вс и Ве для каждого направления. Если приведенные выше параметры определены, то время пульсаций T определяется следующей формулой: T=Bc/CIR. Сети Frame Relay


Слайд 31

Можно задать значения CIR и Т, тогда производной величиной станет величина пульсации Вс. Обычно для контроля пульсаций трафика выбирается время Т, равное 1 -2 секунды при передаче данных, и в диапазоне десятков-сотен миллисекунд при передаче голоса. Соотношение между параметрами CIR, Bc, Be и Т иллюстрирует рис. 6-34.4 (R —скорость в канале доступа; f1-f5 — кадры). Рис. 6-34.4. Реакция сети на поведение пользователя Сети Frame Relay


Слайд 32

Основным параметром, по которому абонент и сеть заключают соглашение при установлении виртуального канала, является согласованная скорость передачи данных. Для постоянных виртуальных каналов это соглашение является частью контракта на пользование услугами сети. При установлении коммутируемого виртуального канала SVC соглашение о качестве обслуживания заключается автоматически с помощью протокола Q.933 — требуемые параметры CIR, Вс и Bе передаются в пакете запроса на установление соединения. Скорость передачи данных измеряется на контрольном интервале времени Т, на котором проверяются условия соглашения. В общем случае пользователь не должен в этом интервале передавать в сеть данные со средней скоростью, превосходящей CIR. Если же он нарушает соглашение, то сеть не гарантирует доставку кадра и помечает этот кадр признаком готовности к удалению (Discard Eligibility, DE), равным 1. 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. Сети Frame Relay


Слайд 33

Такое щадящее поведение сети соответствует случаю, когда общее количество данных, переданных пользователем в сеть за период Т, не превышает значения Вс + Be. Если же этот порог превышен, то кадр не помечается признаком DE, а немедленно удаляется. Рисунок 6-34.4 иллюстрирует случай, когда за интервал времени Т в сеть по виртуальному каналу поступило 5 кадров Средняя скорость поступления данных 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 f4 прибавленные к данным кадров f1, f2 и f3, уже превысили порог Вс, но еще не превысили порога Вс + Be, поэтому кадр f4 также ушел дальше, но уже с признаком DE=1. Данные кадра f5, прибавленные к данным предыдущих кадров, превысили порог Вс + Be, поэтому этот кадр был удален из сети. Для контроля соглашения о параметрах качества обслуживания все коммутаторы сети Frame Relay поддерживают алгоритм «дырявого ведра» (leaky bucket). Этот алгоритм относится к классу алгоритмов «ведра маркеров». Он позволяет контролировать среднюю скорость и пульсацию трафика и является более жестким , чем ведро маркеров рассмотренное ранее (Тема 29). Сети Frame Relay


Слайд 34

Алгоритм поддерживает счетчик С поступивших от пользователя байтов. Каждые Т секунд этот счетчик уменьшается на величину Вс (или же сбрасывается в 0, если значение счетчика меньше, чем Вс). Все кадры, данные которых не увеличили значение счетчика свыше порога Вс, пропускаются и сеть со значением признака DE = 0. Кадры, данные которых привели к значению счетчика, большему Вс, но меньшему Вс + Be, также передаются в сеть, но уже с признаком DE = 1. И наконец, кадры, которые привели к значению счетчика, большему Вс + Be, отбрасываются коммутатором. Пользователь может договориться о поддержании не всех параметров качества обслуживания для данного виртуального канала, а только некоторых. Например, можно использовать только параметры CIR и Вс. 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. Сети Frame Relay


Слайд 35

Популярен еще один вид заказа на обслуживание, при котором оговаривается только порог Be, а скорость CIR полагается равной нулю. Все кадры такого канала сразу же отмечаются признаком DE = 1, но отправляются и сеть, а при превышении порога Bе отбрасываются. Алгоритм ведра маркеров разрешает трафику и периоды пониженной активности накапливать объем пульсации, а затем использовать эти накопления в периоды всплесков трафика. В алгоритме дырявого ведра такой возможности нет, так как счетчик С сбрасывается в ноль принудительно в конце каждого периода Т независимо от того, сколько байтов поступило от пользователя в сеть в течение этого периода. На рис. 6-34.5 приведен пример сети Frame Relay с пятью удаленными региональными отделениями корпорации. Сети Frame Relay


Слайд 36

Рис. 6-34.5. Пример обслуживания в сети Frame Relay Сети Frame Relay


Слайд 37

Обычно доступ к сети осуществляется по каналам с пропускной способностью, большей, чем CIR. Но при этом пользователь платит не за пропускную способность канала, а за заказанные величины CIR, Вс и Be. Так, при использовании в качестве линии доступа канала E1 и заказа обслуживания со скоростью CIR. равной 128 Кбит/с, пользователь будет платить только за скорость 128 Кбит/c, а скорость канала E1 в 2,048 Мбит/с окажет влияние на верхнюю границу возможной пульсации Вс + Be. Параметры качества обслуживания могут быть разными 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 Вс = 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 Вс = 512 Кбит и Вс = 128 Кбит. Механизм резервирования средней пропускной способности и максимальной пульсации является основным механизмом обеспечением параметров QoS о сетях Frame Relay. Сети Frame Relay


Слайд 38

В технологии Frame Relay определен еще и дополнительный (необязательный) механизм управления потоком. Это механизм оповещения конечных пользователей о том, что в коммутаторах сети возникли перегрузки (переполнение необработанными кадрами). Бит FECN (Forward Explicit Congestion Notification - прямое явное уведомление о перегрузке) кадра извещает об этом принимающую сторону. На основании значения этого бита принимающая сторона должна с помощью протоколов более высоких уровней (TCP/IP, SPX и т. п.) известить передающую сторону о том, что та должна снизить интенсивность отправки пакетов в сеть. Бит BECN (Backward Explicit Congestion Notification — обратное явное уведомление о перегрузке) извещает о переполнении в сети передающую сторону и является рекомендацией немедленно снизить скорость передачи. Бит BECN обычно отрабатывается на уровне устройств доступа к сети Frame Relay — маршрутизаторов, мультиплексоров и устройств CSU/DSU. Сети Frame Relay


Слайд 39

Протокол Frame Relay не требует от устройств, получивших кадры с установленными битами FECN и BECN, немедленного прекращения передачи в данном направлении, как, например, происходит в сетях Х.25. Эти биты должны служить указанием для протоколов более высоких уровней (TCP, SPX, NCP 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. Инжиниринг трафика. В технологии Frame Relay каких-либо автоматизированных процедур для динамического выбора маршрутов следования виртуальных путей в целях обеспечения сбалансированной загрузки ресурсов сети пока не существует. Вся работа по оптимизации маршрутов должна выполняться предварительно, с помощью каких-либо внешних программных систем моделирования или оптимизации сети, а затем вручную реализовываться за счет установления постоянных виртуальных каналов в соответствии с выбранными маршрутами. Сети Frame Relay


Слайд 40

Сети Frame Relay Data Service Unit (DSU) и Channel Service Unit (CSU). DSU преобразует сигналы, поступающие от DTE (обычно по интерфейсу RS-232C, RS-449 или V.35). DSU выполняет всю синхронизацию, формирует кадры каналов Т1/Е1, усиливает сигнал и осуществляет выравнивание загрузки канала. CSU выполняет более узкие функции, в основном это устройство занимается созданием оптимальных условий передачи в линии


Слайд 41

В.Г. Олифер, Н.А. Олифер Компьютерные сети, 3-е издание, 2009г. Список использованных источников


×

HTML:





Ссылка: