Новые сетевые технологии в цифровых сетях.

Цифровые сети интегрального обслуживания (ЦСИО).

Эти сети появились в 1984 г. как дальнейшее развитие телефонных сетей на цифровой основе. Цифровые коммутационные станции и цифро­вые системы передачи в начале 70-х годов стали основой интеграль­ных цифровых сетей (Integrated Digital Network — HW). Но сети або­нентского доступа оставались еще аналоговыми. Увеличение доли неголосового трафика и потребности в одновременной передаче речи и данных привели к появлению сетей с интеграцией служб, сетей с ин­тегральным сервисом (Integrated Services Digital Network - ISDN). Основополагающие спецификации ISDN содержатся в рекоменда­ции 1.122 МСЭ-Т. Позже появились рекомендации 1.130 и 1.431 для физического уровня, Q.921/I.441 для канального уровня и Q.931/I.451 для сетевого уровня.

Основная идея организации ISDN заключается в разделении функций коммутации (служебные, управляющие процедуры) и передачи инфор­мации (рабочие, информационные процедуры).

На рис. 1 приведена схема одного из соединений в ISDN, где видно, что информация пользователя и сигнальная информация логичес­ки отделены друг от друга и действуют независимо из конца в конец. Информация пользователя замыкается в информационной области (область П), а сигнальная информация — в области управления (область У) архитектуры открытых систем. Здесь можно видеть, что в ISDN действуют независимо две подсети: информационная подсеть (выше штрих пунктирной линии) и сигнальная подсеть (ниже штрих пунктирной линии).

Протоколы сигнальной подсети стратифицированы в соответствии с моделью ВОС. На сетевом уровне это протокол управления сое­динением, известные в МСЭ-Т как стандарт Q.931, которым определя­ются управляющие сообщения и процедуры управления (типы инфор­мационных единиц, их форматы, их значения, принцип взаимодействия и др.). На канальном уровне это протокол управления линией, опреде­ляемый в МСЭ-Т как стандарт Q.921, который обеспечивает контроль ошибок на звене и управление процессом на звене. На физическом уров­не это цифровой интерфейс Х.21.

Цифровые ISDN-сети можно использовать для решения широкого круга задач по передаче голоса, объединения удаленных локальных сетей, передаче данных, доступа к глобальным компьютерным сетям и др.

Сеть Internet. Основанная на применении протоколов ТСРЯР сеть Internet начала создаваться в середине 70-х годов как средство объе­динения разнородных локальных и глобальных сетей. Окончатель­ный вариант протоколы TCP/IP приобрели к 1979 г. Одновременно с развитием технологии Internet формировались и реорганизовывались технические комитеты, и к концу 80-х годов они приобрели совре­менный вид центрального органа IAB (Internet Activities Board) с двумя подкомитетами: исследовательским - IRTF (Internet Research Task Force) и подкомитетом по разработкам - IETF (Internet Engineering Task Force). В недрах последнего и создаются стандарты сети Internet, известные как RFC-стандарты (Regnest For Comments).

Семейство протоколов TCP/IP включает в себя обычно весь набор стандартов RFC. Основополагающим среди них является Internet Pro­tocol (IP) . Этот датаграммный протокол обеспечивает передачу инфор­мации от узла к узлу в виде стандартных блоков - пакетов. Он является протоколом негарантированной доставки от хост-компьютера через сетевые шлюзы до другого хост-компьютера, т.е. некоторые блоки данных не всегда доставляются должным образом. Он не несет ответственности за надежность доставки, целостность или сохранение

порядка следования пакетов. Эту задачу решают два других протокола лежащих над IP. Это TCP (Transmission Control Protocol) - протокол управления передачей, и UDP (User Datagram Protocol) - протокол дата-граммной передачи.

Рис. 1

Эти протоколы реализуют различные режимы доставки данных Протокол TCP - протокол с установлением соединения, т.е. корреспон­дирующие узлы "договариваются" о возможности обмена данными и устанавливают некоторые соглашения по управлению потоком пакетов. Протокол UDP (как и протокол IP) является датаграммным, при кото­ром пакеты обрабатываются и передаются от узла к узлу как само­стоятельная информационная единица независимо друг от друга. Сете­вой протокол IP решает задачу доставки информации от узла к узлу, а протокол UDP передает информацию от приложения к приложению.

Высокоскоростные локальные сети. С появлением высоко­производительных компьютеров пропускной способности 10 Мбит/с (Ethernet) и 16 Мбит/с (Token Ring) стало не хватать для обмена дан­ными. Появились стандарты Fast Ethernet, FDDI, SMDS и другие, спо­собные в локальных сетях обеспечить передачу информации со скоро­стью до 100 Мбит/с.

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface) - это специфи­кация, описывающая высокоскоростную (до 100 Мбит/с) сеть на основе оптического волокна. Она разработана комитетом ANSI в 1986 г., может использоваться в качестве центральных звеньев сетей масштаба города (Metropoliten Area Network - MAN) с топологией "двойное кольцо" (стандарт 8802.6). Кроме того, ее можно применять в больших сетях (Wide Area Network - WAN) для соединения ЛВС малой производи­тельности.

Сеть FDDI работает по принципу маркерного кольца. Однако здесь применена топология типа "двойное кольцо", которая поддерживает 500 компьютеров при общей длине кольца 100 км. Отличие от сети Token Ring состоит в том, что рабочая станция может захватить мар­кер на определенное время и за этот промежуток передать несколько кадров.

Для связи между локальной сетью и удаленным хост-компьюте­ром или между локальными сетями на достаточно высоких скоростях можно применить технологию SMDS (Switched Multi-Megabit Data Service). Это коммутируемая служба, обеспечивающая передачу данных в диапазоне скоростей от 1 до 34 Мбит/с. Фактически это пользова­тельский сетевой интерфейс (Subscriber Network Interface - SNI), определяемый протоколами доступа к SMDS-услуге (SMDS Interface Protocol - SIP).

Высокоскоростные распределенные сети. Конкуренцию техноло­гии SMDS в части взаимодействия локальных сетей может составить технология Frame Relay (ретрансляция кадров), которая пришла на смену методу пакетной коммутации (Х.25) и предшествовала появлению ISDN. Технология Frame Relay появилась в начале 90-х годов как развитие Х.25 в сетях с общим каналом сигнализации и как ответ на применение в сетях передачи данных цифровых каналов с низким уровнем ошибок. Это сразу позволило резко сократить количество функций, решаемых узлом коммутации на уровне звена, и обеспечить высокоскоростную передачу данных.

Frame Relay - простой, ориентированный на соединение по вир­туальной сети пакетный сервис. Он обеспечивает организацию как коммутируемых виртуальных соединений (SVC), так и постоянных виртуальных соединений (PVC). Следуя принципу ISDN, Frame Relay поддерживает деление сети на две части: информационную и сигналь­ную подсеть. Однако фаза обмена данными осуществляется, в отли­чие от ISDN, в форме пакетов переменной длины, называемых здесь кадрами. По стеку протоколов это происходит чуть выше физического уровня.

Использование технологии Frame Relay дает следующие преимуще­ства: высокая степень безопасности благодаря наличию виртуальных ка­налов; значительная экономия средств (до 30%) по сравнению с исполь­зованием выделенных каналов; возможность динамического перерас­пределения пропускной способности каналов.

Наиболее распространенное применение технология Frame Relay находит в корпоративных сетях и как средство доступа в Internet.

Современные мощные ЭВМ мощностью 1000 Mips и более уже не могут объединяться в сети с пропускной способностью 10 и даже 100 Мбит/с. Особенно это ощущается при передаче подвижных изображе­ний, проведении видеоконференций, реализации мультимедиа-слуг. В этой ситуации на смену узкополосной ЦСИО приходит широко-полосная цифровая сеть с интегральным обслуживанием ШЦСИО или B-ISDJV (Broadband Integrated Service Digital Network).

Основным режимом переноса информации в таких сетях выбран асинхронный метод передачи или ATM (Asinchronous Transfer Mode). Это дальнейшее развитие идеи пакетной коммутации с фиксированной длиной информационной единицы, называемой здесь "ячейка" (cell), и мультиплексированием их в единый синхронный линейный поток битов. Применение коротких по длине ячеек (53 байта) и современных радиоэлектронных компонентов (КМОП и БИКМОП) позволяют реали­зовать коммутаторы с производительностью 10 Гбит/с и выше.

Свое название ATM получила от метода переноса (transferring) ячеек через коммутационных элемент. В любой момент времени ячейка любого входящего потока может претендовать на место в исходя­щем потоке. Однако коммутатор лишь "назначает" (присваивает ей уникальный номер виртуального соединения) входящую ячейку в исходящий поток, и она какое-то время должна находиться в выходном буфере. Это вносит различные задержки в прохождение ячеек через коммутатор. Из-за этого считают, что ячейки проходят коммутатор асинхронно.

Уровневая организация ATM не противоречит принципам МОС/ВОС, но имеет свои особенности (рис. 2). Специфичными для стека протоколов ATM являются три уровня: физический У1, ATM уровень У2 и уровень ATM-адаптации УЗ. Уровни У1 и УЗ делятся еще на два подуровня каждый: физический - на подуровень У1А физической среды (РМ – Phisical Medium) и подуровень У1Б сборки и разборки кадров (ТС – Transmission Convergence), а уровень ATM-адаптации - на подуровень УЗА формирования фрагментов (CS – Convergence Sublayer) и подуровень УЗБ сборки и разборки сегментов (SAR – Segmentation and Reassebly).

Рис. 2

Технология ATM обеспечивает гибкое использование большой про­пускной способности быстро развивающихся волоконно-оптических сетей. С ее помощью можно построить супермагистрали со скоростями передачи несколько десятков гегабит в секунду. Сети ATM свободны от недостатков сетей с другими методами коммутации. Они обеспечивают эффективное использование сетевых ресурсов, гибкость к трафику, создание универсальной сети для всех существующих служб. Однако эти преимущества требуют затрат на удовлетворение требований этих служб к семантической и временной "прозрачности" и приспособле­нию их к стандартным размерам ячеек. ATM-технология, являясь до­статочно сложной, на сегодня одна из перспективных технологий теле­коммуникаций.