Компьютерные сети

Сети Frame Relay создавались для оказания коммерческих услуг операторов связи по передаче компьютерного трафика. Одной из новых и очень привлекательных для клиентов услуг Frame Relay стала поддержка гарантий пропускной способности виртуальных соединений. Для каждого виртуального соединения в технологии Frame Relay определяется несколько параметров, связанных со скоростью передачи данных.

□ Согласованная скорость передачи данных (Committed Information Rate, CIR) — гарантированная пропускная способность соединения; фактически сеть гарантирует передачу данных пользователя со скоростью предложенной нагрузки, если эта скорость не превосходит CIR.

□ Согласованная величина пульсации (Committed Burst Size, Вс) — максимальное количество байтов, которое сеть будет передавать от данного пользователя за интервал времени Г, 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.

Второй параметр пульсации Be позволяет оператору сети дифференцированно обрабатывать кадры, которые не укладываются в профиль CIR. Обычно кадры, которые приводят к превышению пульсации Вс, но не превышают пульсации Вс + Be, сетью не отбрасываются, а обслуживаются, но без гарантий по скорости CIR. Для запоминания факта нарушения в кадрах Frame Realy используется поле DE. И только если превышен порог Вс + Be, кадры отбрасываются.

Если приведенные величины определены, то время Т определяется следующей формулой:
Г - Bc/CIR.
Можно рассматривать значения CIR и Г в качестве варьируемых параметров, тогда производной величиной станет пульсация Вс. Обычно для контроля пульсаций трафика выбирается время Г, равное 1-2 секундам при передаче компьютерных данных и в диапазоне десятков-сотен миллисекунд при передаче голоса.

Соотношение между параметрами CIR, Вс, Be и Г иллюстрирует рис. 19.10 (R — скорость в канале доступа; /1-/5 — кадры).

Работа сети описывается двумя линейными функциями, показывающими зависимость количества переданных битов от времени: В = RxtnB = CIR х t. Средняя скорость поступления данных в сеть составила на этом интервале R бит/с, и она оказалась выше CIR. На рисунке представлен случай, когда за интервал времени Т в сеть по виртуальному каналу поступило 5 кадров. Кадры fufc и /з доставили в сеть данные, суммарный объем которых не превысил порог Вс, поэтому эти кадры ушли дальше транзитом с признаком DE = 0. Данные кадра /4, прибавленные к данным кадров /ь/2 и /3, уже превысили порог Вс, но еще не достигли порога Вс + Be, поэтому кадр/4 также ушел дальше, но уже с признаком DE = 1. Данные кадра /5, прибавленные к данным предыдущих кадров, превысили порог Вс + Be, поэтому этот кадр был удален из сети.

На рис. 19.11 приведен пример сети Frame Relay с пятью удаленными региональными отделениями корпорации. Обычно доступ к сети осуществляется по каналам с пропускной способностью, большей чем CIR. Однако при этом пользователь платит не за пропускную способность канала, а за заказанные величины CIR, Вс и Be. Так, при применении в качестве линии доступа канала Т1 и заказа обслуживания со скоростью CIR, равной 128 Кбит/с, пользователь будет платить только за скорость 128 Кбит/с, а скорость канала Т1 в 1,5 Мбит/с окажет влияние на верхнюю границу возможной пульсации Вс + Be.

CIR = 256 Кбит/с
Параметры качества обслуживания могут быть разными для разных направлений виртуального канала. Так, на рисунке абонент 1 соединен с абонентом 2 виртуальным каналом с меткой 136. При направлении от абонента 1 к абоненту 2 канал имеет среднюю скорость 128 Кбит/с с пульсациями Вс = 256 Кбит (интервал Тсоставил 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 Be = 128 Кбит.

Технология Frame Relay получила большое распространение в сетях операторов связи в 90-е годы благодаря простоте и возможности гарантировать клиентам пропускную способность соединений. Тем не менее в последнее время популярность услуг Frame Relay резко упала, в основном это произошло из-за появления технологии MPLS, которая, так же как и Frame Relay, основана на технике виртуальных каналов и может гарантировать

пропускную способность пользовательских соединений. Решающим преимуществе MPLS является ее тесная интеграция с технологией IP, за счет этого провайдерам лег формировать новые комбинированные услуги. Кроме того, функциональность MPLS по, держивается сегодня практически всеми маршрутизаторами среднего и высшего класс так что применение MPLS не требует установки в сети отдельных коммутаторов.
Более подробную информацию вы можете найти на сайте
www.olifer.co.uk
в разделе «Технология Frame Relay».

Технология ATM
Асинхродммй режим передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM )-— ото технология, осно-v венная на установлении, виртуальных каналов и предназначенная для использования в качестве , единого универсального транспорта нового поколения ретей с и^ефированнымрбслуживанием.

Под интегрированным обслуживанием здесь понимается способность сети передавать тр фик разного типа: чувствительный к задержкам (например, голосовой) трафик и эластик ный, то есть допускающий задержки в широких пределах (например, трафик электроннс почты или просмотра веб-страниц). Этим технология АТМ принципиально отличает( от технологии Frame Relay, которая изначально предназначалась только для передач эластичного компьютерного трафика.

Кроме того, в цели разработчиков технологии АТМ входило обеспечение широкой иера] хии скоростей и возможности использования первичных сетей SDH для соединения ко» мутаторов АТМ. В результате производители оборудования АТМ ограничились первым двумя уровнями иерархии скоростей SDH, то есть 155 Мбит/с (STM-1) и 622 Мбит/ (STM-4).
Ячейки АТМ

В технологии ATM для переноса данных используются ячейки. Принципиально ячейка отличается от кадра только тем, что имеет, во-первых, фиксированный, во-вторых, небольшой размер. Длина ячейки составляет 53 байта, а поля данных — 48 байт. Именно такие размеры позволяет сети ATM передавать чувствительный к задержкам аудио- и видеотрафик с необходимым уровнем качества.

Главным свойством АТМ, которое отличает ее от других технологий, является комплексная поддержка параметров QoS для всех основных видов трафика.

Для достижения этого свойства разработчики АТМ тщательно проанализировали все тип трафика и провели его классификацию. Мы уже познакомились с этой классификацие в главе 7, когда рассматривали требования различных приложений к QoS. Напомни? что в АТМ весь трафик разбивается на 5 классов, А, В, С, D и X. Первые четыре клас( представляют трафик типовых приложений, которые отличаются устойчивым наборо требований к задержкам и потерям пакетов, а также тем, что генерируют трафик с ш

стоянной (CBR) или переменной (VBR) битовой скоростью. Класс X зарезервирован для уникальных приложений, набор характеристик и требований которых не относится ни к одному из первых четырех классов.

Однако на какое количество классов мы бы ни разбивали существующий трафик, принципиальная задача от этого не меняется — нужно найти решение для успешного сосуществования в одном канале и эластичных, и чувствительных к задержкам классов трафика. Требования этих классов почти всегда противоречат друг другу. Одним из таких противоречий является требование к размеру кадра.

Эластичный трафик выигрывает от увеличения размера кадра, так как при этом снижаются накладные расходы на служебную информацию. Мы видели на примере Ethernet, что скорость передачи пользовательской информации может изменяться почти в два раза при изменении размера поля данных от его минимальной величины в 46 байт до максимальной в 1500 байт. Конечно, размер кадра не может увеличиваться до бесконечности, так как при этом теряется сама идея коммутации пакетов. Тем не менее для эластичного трафика при современном уровне скоростей размер кадра в несколько тысяч байтов является вполне приемлемым.

Напротив, чувствительный к задержкам трафик обслуживается лучше при использовании кадров небольшого размера в несколько десятков байтов. При применении больших кадров начинают проявляться два нежелательных эффекта:
□ ожидание низкоприоритетных кадров в очередях;
□ задержка пакетизации.
Рассмотрим эти эффекты на примере голосового трафика.

Мы знаем, что время ожидания кадра в очереди можно сократить, если обслуживать кадры чувствительного к задержкам трафика в приоритетной очереди. Однако если размер кадра может меняться в широком диапазоне, то даже при придании чувствительным к задержкам кадрам высшего приоритета обслуживания в коммутаторах время ожидания компьютерного пакета может все равно оказаться недопустимо высоким. Например, пакет в 4500 байт будет в течение 18 мс передаваться в выходной порт на скорости 2 Мбит/с (максимальная скорость работы порта коммутатора Frame Relay). При совмещении трафика за это время необходимо через тот же порт передать 144 замера голоса. Прерывать передачу пакета в сетях нежелательно, так как при распределенном характере сети накладные расходы на оповещение соседнего коммутатора о прерывании пакета, а потом — о возобновлении передачи пакета с прерванного места оказываются слишком большими.

Другой причиной явилось стремление ограничить еще одну составляющую задержки доставки данных — задержку пакетизации. Задержка пакетизации равна времени, в течение которого первый замер голоса ждет момента окончательного формирования пакета и отправки его по сети.
Механизм образования этой задержки иллюстрирует рис. 19.12.

На рисунке показан голосовой кодек — устройство, которое представляет голос в цифровой форме. Пусть он выполняет замеры голоса в соответствии со стандартной частотой 8 КГц (то есть через каждые 125 мкс), кодируя каждый замер одним байтом данных. Если мы используем для передачи голоса кадры Ethernet максимального размера, то в один кадр поместится 1500 замеров голоса. В результате первый замер, помещенный в кадр Ethernet, вынужден будет ждать отправки кадра в сеть (1500 - 1)х 125 = 187 375 мкс, или около 187 мс. Это весьма большая задержка для голосового трафика. Рекомендации стандартов говорят о величине 150 мс как о максимально допустимой суммарной задержке голоса, в которую задержка пакетизации входит как одно из слагаемых.

т - интервал между замерами голоса
Заголовок
1 1 1
Задержка пакетизации = N*r
Рис. 19.12. Задержка пакетизации
ВНИМАНИЕ-
Важно отметить, что задержка пакетизации не зависит от битовой скорости протокола, а зависит только от частоты работы кодека и размера поля данных кадра. Это отличает ее от задержки ожидания в очереди, которая снижается с возрастанием битовой скорости.

Размер ячейки АТМ в 53 байта с полем данных 48 байт стал результатом компромисса между требованиями, предъявляемыми к сети при передаче эластичного и чувствительного к задержкам вариантов трафика. Можно сказать также, что компромисс был достигнут между телефонистами и компьютерщиками — первые настаивали на размере поля данных в 32 байта, а вторые — в 64 байта.

При размере поля данных в 48 байт одна ячейка АТМ обычно переносит 48 замеров голоса, которые делаются с интервалом в 125 мкс. Поэтому первый замер должен ждать примерно 6 мс, прежде чем ячейка будет отправлена по сети. Именно по этой причине телефонисты боролись за уменьшения размера ячейки, так как 6 мс — это задержка, близкая к пределу, за которым начинаются нарушения качества передачи голоса. При выборе размера ячейки в 32 байта задержка пакетизации составила бы 4 мс, что гарантировало бы более качественную передачу голоса. А стремление компьютерных специалистов увеличить поле данных хотя бы до 64 байт вполне понятно — при этом повышается полезная скорость передачи данных. Избыточность служебных данных при использовании 48-байтного поля данных составляет 10 %, а при использовании 32-байтного поля данных она сразу повышается до 16 %.

Виртуальные каналы АТМ
В сетях АТМ поддерживается два типа виртуальных каналов:
□ постоянный виртуальный канал (Permanent Virtual Circuit, PVC);
□ коммутируемый виртуальный канал (Switched Virtual Circuit, SVC), создание такого канала происходит динамически по инициативе конечного узла с использованием автоматической процедуры.

Каналы PVC аналогичны каналам такого же типа в сетях Frame Relay, а для поддержки динамически устанавливаемых каналов SVC в технологии АТМ добавлен специальный протокол сигнализации — это протокол, с помощью которого абоненты сети могут оперативно устанавливать каналы SVC. Такой тип протокола используется в телефонных сетях для установления соединения между телефонами абонентов. Для того чтобы протокол сигнализации мог работать, конечные узлы сети АТМ получили глобально уникальные 20-разрядные адреса, иначе абонент, являющийся инициатором установления виртуального канала, не смог бы указать, с каким абонентом он хочет связаться.

В технологии АТМ имеется также протокол маршрутизации PNNI (Private Network to Network Interface — интерфейс связи между частными сетями).

С целью обеспечения масштабируемости в сетях АТМ введено два уровня иерархии виртуальных каналов: виртуальный путь (virtual path) и виртуальное соединение (virtual circuit). Виртуальный путь определяется старшей частью номера метки виртуального канала, а виртуальное соединение — младшей. Каждый виртуальный путь включает в себя до 4096 виртуальных соединений, проходящих внутри этого пути. Достаточно определить маршрут для пути, и все соединения, которые находятся внутри этого пути, будут ему следовать.

Категории услуг АТМ
Для поддержания требуемого качества обслуживания и рационального расходования ресурсов в технологии АТМ реализовано несколько служб. Услуги этих служб разбиты на категории, которые, в общем, соответствуют классам трафика, поступающим на вход сети.
Всего не уровне Протокола ATM определено пять категорий услуг:
Q Cllit (Constant Bit R$te) — для трафика с постоянной битовой скоростью, например голосового;

Q rtVBR (real-time Variable Bit Rate)—для трафика с переменной битовой скоростью, требующего соблюдения средней скорости передачи данных и синхронизации источника и приемника (примером является видеотрафик с переменной битовой скоростью, который вырабатывают многие видеокодеки за счет использования опорных кадров и кадров, описывающих изменения изображения относительно опорного кадра);

. Q nrtVBR (non real-time Variable Bit Rate) — для трафика с переменной битовой скоростью, требующего соблюдения средней скорости передачи данных и не требующего синхронизации источника и приемника;
□ ABR (Available Bit Rate) — для трафика g переменной битовой скоростью, требующего соблюдения некоторой минимальной скорости передачи данных и не требующего синхронизации источника и приемника;

Q UBR (Unspecified Bit Rate) — для трафика, не предъявляющего требований к скорости перед ачи данных и синхронизации источника и приемника.
Отсюда видно, что сети АТМ отличаются от сетей Frame Relay большей степенью соответствия услуг требованиям трафика определенного типа, так как в сетях АТМ нужный уровень обслуживания задается не только численными значениями параметров CIR, Вс и Be, но и самой категорией услуги.

Технология АТМ, как и технология Frame Relay, пережила пик своей популярности, и сейчас область ее применения быстро сужается. Одной из причин этого стало появление сетей DWDM и расширение верхней границы скорости сетей Ethernet, предоставляющих

относительно дешевую пропускную способность. Еще одной причиной снижения интере< к АТМ стала сложность этой технологии. В частности, некоторые проблемы возникай из-за использования ячеек маленького размера — на высоких скоростях оборудован! с трудом справляется с обработкой таких интенсивных потоков ячеек (сравните колич ство кадров Ethernet максимальной длины с количеством ячеек ATM, необходимых щ передачи одного и того же объема информации с той же самой скоростью).

Как и в случае Frame Relay, появление технологии MPLS, которая, с одной стороны, о! ладает некоторыми свойствами ATM, например поддерживает детерминированное! маршрутов (это общее свойство технологий, основанных на технике виртуальных путей а с другой — использует кадры любого формата и тесно интегрирована с IP, усугубш положение АТМ. Одной из областей, где АТМ по-прежнему удерживает позиции, явл; ется широкополосный доступ в Интернет. Если вы посмотрите на конфигурацию ваше] домашнего маршрутизатора ADSL, то, скорее всего, увидите там записи, относящиее к стеку АТМ.

Более подробную информацию вы можете найти на сайте
www.olifer.co.uk
в разделе «Технология АТМ».
Виртуальные частные сети

Услуга виртуальных частных сетей является одной из основных услуг, которую предоста] ляют сети FR и АТМ. Вооруженные знанием основных принципов работы технологий F и АТМ, мы теперь можем более подробно рассмотреть и классифицировать эти услуг) Любая систематизация знаний полезна сама по себе, кроме того, она нам понадобится пр изучении технологий MPLS и Carrier Ethernet, которые формировались во многом дл реализации услуг VPN.

Из самого названия — виртуальная частная сеть — следует, что она каким-то образо воспроизводит свойства реальной частной сети. Без всяких натяжек назвать сеть часп ной можно только в том случае, если предприятие единолично владеет и управляет все сетевой инфраструктурой — кабелями, кроссовым оборудованием, каналообразующе аппаратурой, коммутаторами, маршрутизаторами и другим коммуникационным обор> дованием.
Перечислим, в чем выражается эта изолированность.

□ Независимый выбор сетевых технологий. Выбор ограничивается только возможностям производителей оборудования.
□ Независимая система адресации. В частных сетях нет ограничений на выбор адресов -они могут быть любыми.
□ Предсказуемая производительность. Собственные линии связи гарантируют заране известную пропускную способность между узлами предприятия (для глобальны соединений) или коммуникационными устройствами (для локальных соединений

□ Максимально возможная безопасность. Отсутствие связей с внешним миром ограждает сеть от атак извне и существенно снижает вероятность «прослушивания» трафика по пути следования.

Однако частная сеть — решение крайне неэкономичное! Такие сети, особенно в национальном или международном масштабах, могут себе позволить только очень крупные и богатые предприятия. Создание частной сети — привилегия тех, кто имеет производственные предпосылки для разработки собственной сетевой инфраструктуры. Например, нефтяные или газовые компании способны с относительно невысокими издержками прокладывать собственные технологические кабели связи вдоль трубопроводов. Частные сети были популярны в относительно далеком прошлом, когда общедоступные сети передачи данных были развиты очень слабо. Сегодня же их почти повсеместно вытеснили сети VPN, которые представляют собой компромисс между качеством услуг и их стоимостью.

В зависимости от того, кто реализует сети VPN, они подразделяются на два вида.
□ Поддерживаемая клиентом виртуальная частная сеть (Customer Provided Virtual Private Network, CP VPN) отражает тот факт, что все тяготы по поддержке сети VPN ложатся на плечи потребителя. Поставщик предоставляет только «простые» традиционные услуги общедоступной сети по объединению узлов клиента, а специалисты предприятия самостоятельно конфигурируют средства VPN и управляют ими.

□ В случае поддерживаемой поставщиком виртуальной частной сети (Provider Provisioned Virtual Private Network, PPVPN) поставщик услуг на основе собственной сети воспроизводит частную сеть для каждого своего клиента, изолируя и защищая ее от остальных. Такой способ организации VPN сравнительно нов и не столь широко распространен, как первый.

В последние год-два популярность сетей PPVPN растет — заботы по созданию и управлению VPN довольно обременительны и специфичны, поэтому многие предприятия предпочитают переложить их на плечи надежного поставщика. Реализация услуг VPN позволяет поставщику оказывать и ряд дополнительных услуг, включая контроль за работой клиентской сети, веб-хостинг и хостинг почтовых служб, хостинг специализированных приложений клиентов.

Все материалы, размещенные в боте и канале, получены из открытых источников сети Интернет, либо присланы пользователями  бота. 
Все права на тексты книг принадлежат их авторам и владельцам. Тексты книг предоставлены исключительно для ознакомления. Администрация бота не несет ответственности за материалы, расположенные здесь