Тема3.5 Глобальные связи на основе сетей с коммутацией пакетов Техника виртуальных каналов. Сети х.25

Виртуальные каналы (virtual channel) – это устойчивые пути следования трафика, создаваемые в сети с коммутацией пакетов.

Техника виртуальных каналов учитывает существование в сети потоков данных. Для того чтобы выделить поток данных из общего трафика, каждый пакет этого потока помечается меткой. Так же в сетях с установлением логических соединений, прокладка виртуального канала начинается с отправки из узла-источника запроса, называемого пакетом установления соединения. В запросе указывается адрес назначения и метка потока, для которого прокладывается этот виртуальный поток. Запрос, проходя по сети, формирует новую запись в каждом из коммутаторов, расположенных на пути от отправителя до получателя. Запись говорит о том, каким образом коммутатор должен обслуживать пакет, имеющий заданную метку. Образованный виртуальный канал идентифицируется той же меткой (в разных технологиях она называется по-разному).

После прокладки виртуального канала сеть может передавать по нему соответствующий поток данных. Во всех пакетах, которые переносят пользовательские данные, адрес назначения уже не указывается, его роль играет метка виртуального канал. При поступлении пакета на входной интерфейс коммутатор читает значение метки из заголовка пришедшего пакета и просматривает свою таблицу коммутации, по которой определяет, на какой выходной порт передать пришедший пакет.

Таблица коммутации в сетях, использующих виртуальные каналы, отличается от таблиц коммутации в дейтаграммных сетях. Она содержит записи только о проходящих через коммутатор виртуальных каналов, а не обо всех возможных адресах назначения, как это имеет место в сетях с дейтаграммным алгоритмом продвижения. Обычно количество проложенных через узел виртуальных каналов существенно меньше общего количества узлов, поэтому и таблицы коммутации в этом случае намного короче, а, следовательно, анализ такой таблицы занимает у коммутатора меньше времени. По этой же причине метка короче адреса конечного узла, и заголовок пакета в сетях с виртуальными каналами переносит по сети вместо длинного адреса компактный идентификатор.

Существуют два типа виртуальных каналов: коммутируемые виртуальные каналы (switched virtual circuit) и постоянные виртуальные каналы (permanent virtual circuit).

Коммутируемые виртуальные каналы создаются динамически по запросу и прекращают свое существование после окончания передачи. Процесс осуществления связи по коммутируемому виртуальному каналу состоит из трех этапов: создание канала, передача данных и отключение канала. Фаза установки канала включает в себя создание виртуальной цепи между устройствами источника и адресата. На этапе передачи данных осуществляется передача информации, а фаза окончания действия канала включает в себя разрыв связи между устройствами источника и получателя. Коммутируемые виртуальные каналы используются в ситуациях, когда обмен информацией между устройствами носит единичный характер. Такому каналу требуется большая полоса пропускания в связи с наличием фаз установки и разрыва связи, однако при этом обеспечивается снижение затрат по сравнению с ситуацией постоянно включенной виртуальной цепи.

Постоянный виртуальный канал имеет только один режим работы — передачу данных. Такие каналы используются в тех случаях, когда обмен данными между устройствами носит постоянный характер. Постоянные виртуальные каналы используют меньшую полосу пропускания за счет отсутствия фаз установки и разрыва цепи, но увеличивают расходы в связи с постоянной готовностью канала к передаче данных.

Главными достоинствами SVC (коммутируемым виртуальным каналам - Switched Virtual Circuits), являются широкие возможности управления сетью, учета сетевых ресурсов, а также организации сетевого взаимодействия между объектами любого ранга. В отличие от постоянных виртуальных каналов (Permanent Virtual Circuits - PVC), коммутируемые каналы не требуют вмешательства сетевого оператора для установления и поддержания заранее заданных логических соединений между узлами. Даже в небольшой сети для поддержания архитектуры типа "частичная (открытая) петля" может потребоваться несколько сотен постоянных каналов. Поэтому, стремясь сэкономить средства и упростить структуру сети, многие компании возвращаются к архитектуре типа "звезда". Однако маршрутизация всего трафика через один центральный узел неизбежно сказывается на производительности сети.

Благодаря SVC сетевое взаимодействие между удаленными узлами может стать реальностью. Эти каналы могут оказаться очень полезными и для работы с не требующими постоянной загрузки приложениями (например, для сетевых конференций или голосовой почты), для обработки избыточного трафика в часы пиковых нагрузок сети или для подключения пользователей корпоративной сети к Internet. Каналы SVC также могут стать единственным удобным способом реализации взаимодействия между корпоративными сетями разных предприятий. Однако если оплата за использование этих каналов будет основываться на повременном принципе, то при высоком трафике PVC все же окажутся более рентабельными.

Дополнительное достоинство SVC состоит в том, что они позволяют сетевому оператору получать подробную статистическую информацию об использовании сети. Эти данные могут оказаться очень полезными при оценке необходимой пропускной способности магистральных линий сети и позволят выставлять счета за использование сети различным подразделениям компании и пользователям.

Чтобы удовлетворить требованиям безопасности, SVC общего доступа должны будут обеспечивать аппаратуре конечного пользователя возможность регистрации запроса от вызывающего устройства прежде чем произойдет установление соединения между ними. По мере развития сетевых служб SVC на базе протоколов Frame Relay и ATM пополнятся такими специализированными функциями, как организация частных голосовых виртуальных сетей, характеризующихся наличием "закрытых" групп пользователей, а также анализ бюджетных кодов и выставление счетов пользователям.

Сети Х.25

Сеть Х.25 является классической полнопротокольной сетью, разработанной Международной организацией по стандартизации (ISO). Эта сеть явилась базой информационного обмена региональных и общероссийских органов управления, иных корпоративных структур. Сети Х.25, ориентированы на использование малых и больших компьютеров, существуют во многих городах России и базируются на инфраструктуре Ростелекома.

Главной особенностью сети Х.25 является использование виртуальных каналов для обеспечения информационного взаимодействия между компонентами сети. Виртуальные каналы предназначены для организации вызова и непосредственной передачи данных между абонентами сети. Информационный обмен в сети Х.25 во многом похож на аналоговый процесс в сетях ISDN и состоит из трех обязательных фаз: установление вызова (виртуального канала); информационный обмен по виртуальному каналу; разрывание вызова.

Компонентами сети являются устройства трех основных категорий: терминальные устройства DTE; сетевые терминалы DCE; магистральные коммутаторы PSE (Packet Switching Exchange).

Базовая технология Х.25 не имеет развитых протоколов прикладного уровня и представляет пользователям в основном транспортные услуги передачи данных. Все, что требуется сверх передачи данных, должно быть организовано дополнительно, как настройка над технологией. Стек протоколов стандарта Х.25 включает в себя обязательные только протоколы трех нижних уровней; протоколы, иногда указываемые для верхних уровней, носят лишь рекомендательный характер.

На физическом уровне используется протокол Х.21. На канальном уровне используется LAP-B (Link Access Procedure Balanced) – один из протокол множества HDLC, осуществляющих передачу данных в виде кадров переменной длины. Начало и конец кадра помечаются специальной последовательностью битов, которая называется флагом. Протокол LAP-B описывает взаимодействие соседних узлов как процедуру с установлением соединения и подтверждением, при этом решает следующие задачи:

• обеспечение передачи сообщений, содержащих любое количество битов и любые возможные комбинации битов - требование кодовой прозрачности;

• выполнение при передаче данных процедур, обнаруживающих ошибки, на приемной стороне;

• защиту от потерь или искажение компонентов сообщения при возникновении ошибки в передаваемой информации;

• поддержку работы как двухточечных, так и многоточечных физических цепей;

• поддержку работы и дуплексных, и полудуплексных линий связи;

• обеспечение информационного обмена при значительных вариациях времени распространения сигнала.

Для обеспечения дисциплины управления процессом передачи данных одна из станций, обеспечивающих информационный обмен, может быть обозначена как первичная, а другая (или другие) – как вторичная. Кадр, который посылает первичная станция, называется командой (command). Кадр, который формирует и передает вторичная станция, называется ответ (response).

Протоколы HDLC осуществляют передачу данных в виде кадров переменной длины, начало и конец кадра помечается специальной последовательностью битов, которая называется флагом.

Достоинства сети X.25:

• в сети обеспечивается гарантированная доставка пакетов;

• высокая надежность сети ввиду постоянного эффективного контроля за появлением ошибок и наличия механизма альтернативной маршрутизации, с помощью которого помимо основного маршрута подсчитывается и несколько резервных;

• возможность работы как по аналоговым, так и по цифровым каналам, как по выделенным, так и коммутируемым каналам;

• возможность в режиме реального времени разделения одного физического канала доступа между несколькими абонентами (оплата будет выполняться в этом случае не за время соединения, а только за время передачи битов информации пользователя).

Недостатки сети Х.25:

• невысокая, обусловленная различными механизмами контроля достоверности информации скорость передачи данных – обычно в пределах от 56 до 64 Кбит/с;

• невозможность передавать чувствительный к временным задержкам трафик (оцифрованный голос, видеоинформацию), что обусловлено необходимостью частой повторной передачи искаженных кадров в каналах связи плохого качества, вследствие чего в сети возникают непредвиденные задержки передачи.

Если сеть Х.25 работает автономно, то администратор может использовать адреса любой длины (в пределах формата поля адреса) и назначать адресам произвольные значения. Максимальная длина поля адреса в пакете Х.25 составляет 16 байт. Адрес содержит код идентификации сети, который определяет страну, в которой находится сеть и номер сети в данной стране. Внутри каждой страны можно организовать только 10 сетей Х.25 или выделяется еще один код. Вторая часть номера называется номером национального терминала, который определяет устройство DTE.