Основные технологии построения ГВС

 

Глобальные вычислительные сети (ГВС) строятся по различным технологиям. К таким технологиям относятся:

• Х.25;

• Frame relay;

• АТМ;

• ISDN;

• FDDI;

• SONET;

• SMDS.

 

Х.25

 

X.25 — это набор протоколов для сетей с коммутацией пакетов. Сети с коммутацией пакетов были созданы на основе служб коммутации, первоначальное назначение кото­рых — подключить удаленные терминалы к мэйнфреймам и хост-системам.

Чтобы обеспечить оптимальную маршрутизацию сети с коммутацией пакетов, Х.25 использует доступные в данный момент коммутаторы, линии связи и маршруты. Поскольку эти компоненты (коммутаторы, линии связи и маршруты) часто меняются (они зависят от текущих сетевых условий), на схемах их иногда обозначают в виде облаков. Облака указывают на изменчивую ситуацию, на то, что в сети нет стандарт­ного набора линий связи.

 

Сеть с коммутацией пакетов Х.25 передает каждый пакет по оптимальному маршруту

 

Первые сети Х.25 осуществляли передачу данных по телефонным линиям. При передаче по этой ненадежной среде возникало большое количество ошибок, поэтому в Х.25 были введены мощные средства их контроля. Из-за повторных передач (при наличии ошибок) сеть работала довольно медленно. Современный набор протоколов Х.25 определяет интерфейс между хост-компью­тером синхронного пакетного режима или другим устройством и общедоступной се­тью передачи данных (PDN) через выделенный, или арендуемый, канал связи. Этот интерфейс в действительности является интерфейсом терминального оборудования/ коммуникационного оборудования (DTE/DCE).

 

Примеры терминального оборудования (DTE):

-    хост-компьютер с интерфейсом Х.25;

- устройство сборки/разборки пакетов (PAD), которое принимает асинхронный поток символов от низкоскоростного терминала и собирает их в пакеты для передачи по сети. PAD также разбирает пакеты, принятые из сети, чтобы посимвольно передать данные на терминал;

- мост между PDN и ЛВС или ГВС.

 

Для всех этих устройств компонентом DCE интерфейса DTE/DCE служит обще­доступная сеть передачи данных (PDN). На следующем рисунке Вы видите примеры DTE.

 

 

 

Frame relay

 

С переходом межсетевых коммуникаций к цифровым и оптоволоконным средам появ­ляются новые технологии, которые требуют меньшего уровня контроля ошибок (по сравнению с ранними аналоговыми средами).

Frame relay — это усовершенствованная быстрая технология коммутации пакетов переменной длины. Разработчики этой технологии отбросили многие функции учета и контроля Х.25, которые стали лишними в надежной, защищенной оптоволоконной среде.

Frame relay — система «точка-точка», использующая постоянный виртуальный канал (PVC) для передачи кадров переменной длины Канального уровня модели OSI. Данные из локальной сети передаются по цифровой арендуемой линии к коммутатору данных сети frame relay. Далее они проходят по сети frame relay до сети назначения.

 

 

Сети frame relay приобретают все большую популярность, поскольку намного быстрее других коммутирующих систем выполняют базовые действия по коммутации пакетов. Высокую скорость в frame relay обеспечивает использование PVC, благодаря чему известен весь маршрут между конечными точками. Поэтому устройства frame relay избавлены от некоторых традиционных процедур: фрагментации, восстановле­ния, выбора оптимального маршрута.

Кроме того, сети frame relay могут выделять абонентам необходимую полосу про­пускания, что позволяет им передавать данные практически любого типа.

Для передачи данных по сети с использованием технологии frame relay необходим совместимый с frame relay маршрутизатор или мост. Маршрутизатор frame relay должен иметь как минимум один ГВС-порт для подключения к сети frame relay и еще один порт — для локальной сети.

 

 

Асинхронный режим передачи (АТМ)

 

Асинхронный режим передачи (АТМ) — это усовершенствованная технология комму­тации пакетов, которая обеспечивает высокоскоростную передачу пакетов фиксиро­ванной длины через модулированные и локальные немодулированные или глобальные сети. АТМ способна передавать:

• речь;

данные;

• факсимильные сообщения;

видео реального времени;

• аудиосигналы качества CD;

• мультимегабитные потоки данных.

 

В 1988 году комитет CCITT определил АТМ, как часть модулированной цифровой сети комплексных услуг (BISDN). Благодаря хорошей производительности и гибкости технология АТМ в ближайшие годы окажет существенное влияние на развитие всей сете­вой связи. Она одинаково пригодна и для локальных, и для глобальных сетей и может передавать данные с очень высокой скоростью (от 66 Мбит/с до 622 Мбит/с и выше).

 

Технология

 

АТМ — это модулированный метод ретрансляции ячеек, при котором данные переда­ются ячейками фиксированной длины (по 53 байта). Ячейки содержат 48 байтов — собственно передаваемые данные и 5 дополнительных байтов — заголовок АТМ. На­пример, передавая 1000-байтный пакет, АТМ разобьет его на 21 кадр и поместит каж­дый кадр в ячейку. Результат — передача стандартных, единообразных пакетов.

 

 

Ячейки АТМ состоят из 48 байтов данных и 5 байтов заголовка

 

Сетевое оборудование может коммутировать, маршрутизировать и перемещать пакеты фиксированного размера быстрее, чем пакеты произвольного размера. А ячей­ки стандартного размера позволяют более эффективно использовать буферы и сокра­щают время на свою обработку. Одинаковый размер ячеек, кроме того, упрощает пла­нирование необходимой полосы пропускания. Теоретически пропускная способность АТМ может достичь 1,2 Гбита в секунду. В настоящее время, однако, скорость АТМ ограничивается скоростью оптоволокон­ного кабеля, которая не превышает 622 Мбит/с. Большинство серийных плат АТМ будет передавать данные со скоростью около 155 Мбит/с.

Например, АТМ со скоростью 622 Мбит/с передает полное собрание Британской энциклопедии (The Encyclopedia Britannica), включая иллюстрации, меньше чем за одну секунду. Если передавать эти же данные, используя модем на 2400 бод, операция займет больше двух дней.

Примерно с одинаковой скоростью АТМ может работать как в ЛВС, так и в гло­бальных сетях. Для реализации АТМ на больших пространствах обычно прибегают к услугам коммуникационных компаний, в частности AT&T и US Sprint™. При этом создается однородная среда, которая сводит «на нет» концепцию медленных ГВС и различие технологий в локальных и глобальных сетях.

 

Компоненты

 

В настоящее время компоненты АТМ производятся узким кругом поставщиков. Вся аппаратура в сети АТМ должна быть АТМ-совместимой. Поэтому реализация АТМ в существующих условиях требует массовой замены оборудования. Это одна из причин сравнительно медленного распространения АТМ. Однако, по мере развития рынка АТМ, многие производители будут предлагать:

- маршрутизаторы и коммутаторы для построения глобальной среды передачи данных;

- магистральные устройства для объединения ЛВС внутри крупных предприятий;

- коммутаторы и адаптеры для подключения настольных компьютеров, где выполняют­ся мультимедиа-приложения, к высокоскоростным сетям АТМ.

 

Среда передачи

Технология АТМ не ограничена конкретным типом среды передачи. Она может ис­пользовать существующие среды передачи, разработанные для других коммуника­ционных систем, в том числе:

- коаксиальный кабель;

- витую пару;

- оптоволоконный кабель.

Однако эти традиционные среды передачи в своей настоящей форме не поддер­живают всех возможностей АТМ. Организация, которая называется АТМ Forum, реко­мендует следующие физические интерфейсы для АТМ:

- FDDI (100 Мбит/с);

- Fiber Channel (155 Мбит/с);

- ОС3 SONET (155 Мбит/с);

- ТЗ (45 Мбит/с).

К другим интерфейсам относятся - - frame relay и Х.25.

 

Коммутаторы

 

Коммутаторы АТМ — это многопортовые устройства, которые могут функциониро­вать как:

- концентратор для передачи данных между компьютерами внутри сети;

- маршрутизатор, предназначенный для высокоскоростной передачи данных в удален­ные сети.

В некоторых сетевых архитектурах (таких, как Ethernet и Token Ring) одновремен­но может вести передачу только один компьютер. АТМ снимает это ограничение. Ис­пользуя коммутаторы в качестве мультиплексоров, АТМ позволяет сразу нескольким устройствам одновременно вести передачу.

 

Цифровая сеть комплексных услуг (ISDN)

 

Цифровая сеть комплексных услуг (ISDN) — это спецификация межсетевой цифровой связи, предназначенная для передачи:

речи;

данных;

графики.

Разработчики ISDN ставили целью соединить жилые дома и предприятия по медным телефонным проводам. Согласно первоначальному плану, реализация ISDN предусматривала преобразование существующих телефонных каналов связи из ана­логовых в цифровые.

Служба Basic Rate ISDN (BRI) разделяет полную полосу пропускания на три ка­нала передачи данных. Два из них имеют скорость 64 Кбит/с, а третий — 16 Кбит/с.

Каналы на 64 Кбит/с известны под названием В-каналов. Они могут передавать речь, данные и изображения. Медленный канал, на 16 Кбит/с, называется D-каналом. D-канал предназначен для передачи управляющих сигналов и служебной информа­ции. Служба BRI называется 2B+D.

Компьютер, подключенный к службе ISDN, может совместно использовать оба В-канала для пересылки данных с общей скоростью 128 Кбит/с. Если обе конечные станции поддерживают сжатие данных, может быть достигнута и значительно большая пропускная способность.

Служба Primary Rate ISDN (PRI) использует всю полосу пропускания линии Т1, обеспечивая 23 В-канала на 64 Кбит/с и один D-канал также со скоростью 64 Кбит/с. D-канал используется для передачи только управляющей и служебной информации.

Если Вы планируете реализовать ISDN, прежде всего (в зависимости от необхо­димой пропускной способности) выберите подходящую службу: Basic Rate или Primary Rate. Сегодня ISDN повсеместно вытесняет общедоступную коммутируемую телефон­ную сеть и, по существу, является коммутируемой службой. Однако для круглосуточ­ной непрерывной связи двух точек (как Т1) или для предоставления полосы пропуска­ния по требованию (как frame relay) она не предназначена.

 

Fiber Distributed Data Interface (FDDI)

 

Fiber Distributed Data Interface (FDDI) — это спецификация, которая описывает высоко­скоростную (100 Мбит/с) сеть с передачей маркера топологии «кольцо» на основе опто­волокна. Она была разработана комитетом ANSI X3T9.5 и опубликована в 1986 году. Спецификация FDDI предназначалась для высокопроизводительных компьютеров, ко­торым не хватало полосы пропускания существующих архитектур — 10 Мбит/с Ethernet или 4 Мбит/с Token Ring.

FDDI обеспечивает высокоскоростную связь между сетями различных типов. Она может применяться в сетях городского масштаба (MAN): соединяет сети в черте города высокоскоростным оптоволоконным кабелем. Однако длина кольца имеет ограниче­ния — до 100 км (62 мили), поэтому FDDI не может претендовать на роль технологии построения ГВС.

Сети в высокопроизводительных средах используют FDDI для соединения боль­ших компьютеров и мини-компьютеров в традиционных компьютерных залах. Иногда их называют «back-end» сетями. Такие сети обслуживают очень интенсивную (по срав­нению с интерактивной связью) передачу файлов. Мини-компьютеру или персональ­ному компьютеру для связи с мэйнфреймом часто необходимо постоянное использо­вание среды передачи в реальном времени. Более того, иногда им требуется непрерыв­ный доступ к носителю в течение продолжительного периода.

FDDI выступает в качестве магистральной сети, к которой можно подключить ЛВС низкой производительности. Подключать все оборудование фирмы, обрабатывающее информацию, к одной ЛВС — не самое мудрое решение. Это может перегрузить сеть, а сбой какого-либо компонента остановит обработку всех данных на предприятии.

Локальные сети, которым необходима высокая скорость передачи данных и отно­сительно большая полоса пропускания, часто работают через каналы связи FDDI. Это сети, состоящие из инженерных рабочих станций и компьютеров, на которых выпол­няются интенсивно использующие сеть приложения (такие, как видеообработка, сис­темы автоматизированного проектирования и системы управления производством).

Любое учреждение, нуждающееся в высокоскоростной сетевой обработке, может установить FDDI. Ведь при подготовке к различного рода презентациям, совещаниям и т.д. даже в небольших коммерческих фирмах производство графики и других доку­ментов нередко вызывает перегрузку сети.

 

Передача маркера

 

Хотя FDDI использует стандартную систему передачи маркера, существуют некоторые различия между этим процессом в сети FDDI и в сети 802.5. В сети FDDI компьютер может захватить маркер на определенное (ограниченное) время и за этот промежуток передать столько кадров, сколько успеет. Завершив передачу, компьютер освобождает маркер.

Поскольку компьютер, завершив передачу, сразу же освобождает маркер, могут остаться несколько кадров, одновременно циркулирующих по кольцу. Это объясняет, почему сеть FDDI обеспечивает более высокую производительность, чем сеть Token Ring, которая позволяет циркулировать только одному кадру.

 

Топология

При топологии «двойное кольцо», которая поддерживает 500 компьютеров при общей длине кольца в 100 км (62мили ), FDDI функционирует со скоростью 100 Мбит/с.

FDDI основана на технологии совместного использования сети. Это означает, что одновременно могут передавать данные несколько компьютеров. Хотя FDDI работает со скоростью 100 Мбит/с, технология совместного использования сети может стать причиной ее перегрузки. Например, если 10 компьютеров начнут передавать данные со скоростью 10 Мбит/с каждый, общий поток будет равен 100 Мбит/с. А при передаче видеоинформации или данных мультимедиа среда передачи (даже со скоростью 100 Мбит/с) тем более окажется потенциальным узким местом системы.

FDDI использует систему передачи маркеров в двойном кольце. Трафик в сети FDDI состоит из двух похожих потоков, движущихся в противоположнь1х направлени­ях по двум кольцам. Одно кольцо называется основным, а другое — дополнительным.

 

FDDI топологии «двойное кольцо»

 

Обычно данные передаются только по основному кольцу. Если в основном коль­це происходит сбой, сеть автоматически переконфигурируется, и данные начинают передаваться по дополнительному кольцу в противоположном направлении.

Среди достоинств топологии двойного кольца наиболее важное — избыточность. Одно кольцо используется для передачи данных, а второе является резервным. Если возникает проблема, например отказ кольца или разрыв кабеля, сеть автоматически перестраивается и продолжает передачу.

Существуют и ограничения: общая длина кабеля объединенных колец не должна превышать 200 км; к нему не может быть подключено более 1000 компьютеров. К тому же, поскольку второе кольцо предназначено для защиты от сбоев, эти показатели дол­жны быть поделены на два. Следовательно, каждая сеть FDDI должна быть ограничена 500 компьютерами и 100 км кабеля. И, наконец, как минимум через каждые 2 км дол­жен быть установлен повторитель.

Компьютеры могут подключаться к одному или к обоим кольцам FDDI. Компь­ютеры, подключенные к обоим кольцам, называются станциями Класса А, а компью­теры, подключенные только к одному кольцу, — станциями Класса В.

Если происходит сбой в сети, станции Класса А участвуют в переконфигурирова­нии сети, а станции Класса В—не участвуют.

 

 

Компьютеры Класса А подключены к обоим кольцам;

компьютеры Класса В только к одному кольцу

 

В сети FDDI компьютеры могут иметь соединение «точка-точка» с концентратором. Это означает, что сеть FDDI реализована с топологией «звезда-кольцо». Такое реше­ние имеет свои достоинства:

• упрощается диагностика;

• используются возможности интеллектуальных концентраторов для сетевого управле­ния и диагностики.

 

Испускание маяка

Все компьютеры в сети FDDI отвечают за мониторинг передачи маркера. Чтобы изо­лировать серьезные сбои в кольце, FDDI использует метод, который называется «ис­пускание маяка» (beaconing). Суть его такова. Компьютер, обнаруживший сбой, начи­нает посылать в сеть сигнал — маяк. Он будет посылать маяк до тех пор, пока не примет сигнал (маяк) от соседнего компьютера, предшествующего ему в кольце. Этот процесс завершится только тогда, когда в кольце останется один-единственный ком­пьютер, посылающий маяк, — тот, что находится непосредственно за неисправным участком.

Как показано на следующем рисунке, компьютер 1 отказал. Компьютер 3 определяет сбой, начинает посылать маяк и делает это до тех пор, пока не примет маяк от компь­ютера 2. Компьютер 2 будет посылать маяк, пока не примет его от компьютера 1. Так как компьютер 1 неисправен, компьютер 2 продолжает посылать маяк. Этот сигнал указывает на то, что сбой произошел на компьютере 1.

 

Для изоляции сбоя FDDI использует метод, который называется «испускание маяка»

 

 

Когда, посылающий маяк компьютер, в конце концов, примет свой собственный маяк, он «догадается», что неисправность была устранена, восстановит маркер, и сеть вернется к нормальному функционированию.

 

Среда передачи

Основная среда передачи для FDDI — оптоволоконный кабель. Это означает, что сеть FDDI:

- нечувствительна к электромагнитным помехам;

- обладает повышенной защищенностью (оптоволоконный кабель не излучает сигнала, который может быть перехвачен, и к нему очень трудно незаметно подключиться);

-передает данные на большие расстояния без использования повторителя.

 

FDDI может также работать на медных проводах. Этот вариант называют CDDI, однако, он имеет серьезные ограничения по дальности.

 

Synchronous Optical Network (SONET)

 

Synchronous Optical Network (SONET) — представитель современных систем, которые реализуют преимущества оптоволоконной технологии. Она обеспечивает передачу данных со скоростью более гигабита в секунду. Сети, основанные на этой технологии, могут передавать речь, данные и видео.

SONET — это стандарт оптического транспорта, сформулированный ассоциацией Exchange Carriers Standards Association (ECSA) института American National Standards Institute (ANSI). Кроме того, стандарт SONET был включен в рекомендации Synchronous Digital Hierarchy комитета CCITT, известного также под названием International Telecommunications Union (ITU). Этот комитет устанавливает стандарты для международных телекоммуникационных систем.

Выстраивая иерархию передачи, основанной на волоконной оптике, SONET оп­ределяет уровни оптической несущей (ОС) и сигналы синхронного транспорта (STS), эквивалентные электрическим.

SONET использует основную скорость передачи данных STS-1, эквивалентную 51,84 Мбит/с. Однако достижимы и более высокие уровни, соответствующие произве­дению базовой скорости на целое число. Например, STS-3 — это утроенный STS-1 (3 х 51,84 = 155,52 Мбит/с). STS-12 имел бы скорость 12 х 51,84 == 622,08 Мбит/с.

SONET отличает достаточно гибкая нагрузочная способность, благодаря чему он может использоваться как нижележащий транспортный уровень для АТМ-ячеек, пере­даваемых по BISDN. BISDN — это отдельная сеть ISDN, которая обслуживает переда­чу речи, данных и видео. АТМ — это стандарт комитета CCITT, поддерживающий передачу — на основе ячеек — речи, данных, видео и мультимедиа в общедоступной сети на базе BISDN. АТМ Forum позиционирует SONET как транспортный уровень для трафика на основе ячеек.

 

Switched Multimegabit Data Service (SMDS)

 

Switched Multimegabit Data Service (SMDS) — коммутируемая служба, которую предла­гают некоторые локальные коммуникационные компании. Передача данных осуществ­ляется в диапазоне скоростей: от 1 Мбит/с до 34 Мбит/с при связи «многие со многи­ми». В отличие от выделенной ячеистой сети (сети с множеством активных маршрутов), эта служба может обеспечить широкую полосу пропускания при меньших затратах.

SMDS использует такую же технологию ретрансляции ячеек фиксированной дли­ны, как и АТМ. Одна линия SMDS с соответствующей полосой пропускания подклю­чается к локальной несущей и обеспечивает связь между всеми абонентами (без необ­ходимости установки и разрыва соединений). SMDS не занимается проверкой ошибок или управлением потоком данных; эти задачи возлагаются на абонентов.

SMDS совместима со стандартом сети городского масштаба IEEE 802.6, а также с BISDN. Однако SMDS работает на службы управления и объявлений, не определен­ные в спецификации IEEE 802.6.

Как интерфейс и метод доступа для сети служба SMDS использует Distributed Queue Dual Bus (DQDB). SMDS — это топология «двойная шина», формирующая не­замкнутое кольцо.