Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов

 Сети на основе коммутируемых каналов используют сетевые протоколы IP или IPX поверх физического и канального уровней, которые применялись и для объединения локальных сетей. Однако для глобальных сетей с коммутацией пакетов, таких как Х.25, frame relay или АТМ, характерна оригинальная техника маршрутизации пакетов, основанная на понятии "виртуальный канал" и обеспечивающая эффективную передачу долговременных устойчивых потоков данных.

Техника виртуальных каналов, используемая во всех территориальных сетях с коммутацией пакетов, кроме TCP\IP, состоит в следующем. Сначала устанавливается виртуальное соединение между абонентами сети — терминалами, маршрутизаторами или компьютерами. Существуют два типа виртуальных соединений — коммутируемый виртуальный канал SVC (Switched Virtual Circuit) и постоянный виртуальный канал PVC (Permanent Virtual Circuit). При создании коммутируемого виртуального канала коммутаторы сети настраиваются на передачу пакетов динамически (по запросу абонента), а создание постоянного виртуального канала происходит заранее путем посылки соответствующих пакетов. При этом маршрутизация пакетов между коммутаторами сети на основании таблиц маршрутизации происходит только один раз — при создании виртуального канала. После создания виртуального канала передача пакетов коммутаторами происходит на основании так называемых номеров или идентификаторов виртуальных каналов (Virtual Channel Identifier, VCI). Каждому виртуальному каналу присваивается значение VCI на этапе создания виртуального канала. Это значение имеет не глобальный характер, как адрес абонента, а локальный — каждый коммутатор самостоятельно нумерует новый виртуальный канал. Кроме нумерации виртуального канала, каждый коммутатор при создании этого канала автоматически настраивает так называемые таблицы коммутации портов. Эти таблицы описывают, на какой порт нужно передать пришедший пакет, если он имеет определенный номер VCI. После прокладки виртуального канала через сеть коммутаторы больше не используют для пакетов этого соединения таблицу маршрутизации, а продвигают пакеты на основании номеров VCI небольшой разрядности. Сами таблицы коммутации портов также включают обычно меньше записей, чем таблицы маршрутизации, так как хранят данные только о действующих на данный момент соединениях, проходящих через данный порт. Режим продвижения пакетов на основе готовой таблицы коммутации портов обычно называют не маршрутизацией, а коммутацией и относят не к третьему, а ко второму (канальному) уровню стека протоколов.

Сети Х.25

Сети Х.25 являются на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемые для построения корпоративных сетей. Сети Х.25 хорошо работают на ненадежных линиях благодаря протоколам с установлением соединения и коррекцией ошибок на двух уровнях — канальном и сетевом.

Сеть Х.25 состоит из коммутаторов S (Switches), называемых также центрами коммутации пакетов ЦКП, расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными выделенными каналами. Выделенные каналы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми.

Протоколы сетей Х.25 были специально разработаны для низкоскоростных линий с высоким уровнем помех. Именно такие линии составляют большую часть телекоммуникационной структуры нашей страны, поэтому сети Х.25 будут по-прежнему еще долго являться наиболее рациональным выбором для многих пользователей.

Сети frame relay

Сети frame relay — сравнительно новые сети, которые гораздо лучше подходят для передачи пульсирующего трафика локальных сетей по сравнению с сетями Х.25. Преимущество сетей frame relay заключается в их низкой протокольной избыточности и дейтаграммном режиме работы, что обеспечивает высокую пропускную способность и небольшие задержки кадров. Сети frame relay обеспечивают скорость передачи данных до 2 Мбит/с.

Технология frame relay использует для передачи данных технику виртуальных соединений, аналогичную той, которая применяется в сетях Х.25, однако стек протоколов frame relay передает кадры по протоколам только физического и канального уровней, в то время как в сетях Х.25 и после установления соединения пользовательские данные передаются протоколом 3-го уровня. В сети frame relay обнаруженные в кадрах искажения не исправляются: подразумевается, конечные узлы будут обнаруживать и корректировать ошибки за счет работы протоколов транспортного или более высоких уровней. В этом отношении технология frame relay близка к технологиям локальных сетей.

 

 

Структура потока Е1

Канал Е1 - первичный канал иерархии PDH - является основным каналом, используемым во вторичных сетях телефонии, передачи данных и ISDN. По сравнению с остальными каналами иерархии PDH этот канал имеет несколько особенностей, связанных с его использованием, а именно сверхцикловую структуру и канал сигнализации, используемый во вторичных сетях цифровой телефонии и ISDN.

Остальные каналы иерархии PDH имеют только цикловую структуру. Такое отличие канала Е1 обусловлено его функцией в современной первичной сети - канал Е1 обычно является "пограничным" каналом между первичной и вторичными сетями. Структура систем передачи Е1 включают три уровня эталонной модели OSI: физический, канальный и сетевой. Физический уровень описывает электрический интерфейс потока Е1, а также параметры сигнала Е1. Канальный уровень описывает процедуры мультиплексирования и демультиплексирования каналов более низкого уровня иерархии (ОЦК 64 кбит/с и каналов ТЧ) в поток Е1, цикловую и сверхцикловую структуру потока Е1, встроенные процедуры контроля ошибок и т.д. Наконец, сетевой уровень описывает процедуры управления каналами Е1 в первичной сети, а также контроль параметров ошибок на сетевом уровне. Этот уровень является относительно неполным и включает всего лишь несколько процедур. Основным же для рассмотрения систем передачи Е1 является структура канального уровня. Рассмотрим более подробно структуру каждого из трех уровней систем Е1.

Физический уровень Е1

Физический уровень Е1 включает в себя описание электрических параметров интерфейсов Е1 и параметров сигналов передачи, включая структуру линейного кода.

Канальный уровень Е1

Параметры канального уровня потока Е1 включают в себя цикловую и сверхцикловую структуру потока, описание процедур контроля ошибок по цикловому избыточному коду (CRC), а также описание процедур мультиплексирования и демультиплексирования каналов ТЧ в поток Е1. Последние включают в себя процедуры дискретизации, квантования и компандирования аналогового сигнала.

Цикловая и сверхцикловая структура Е1

При передачи по первичной сети цифровой поток преобразуется в блоки стандартной логической структуры - циклы. Цикловая структура обеспечивает работу процедур мультиплексирования и демультиплексирования, передачу управляющей информации, а также встроенную диагностику по параметру ошибок в цифровой системе передачи. Существует три основных варианта цикловой структуры Е1: неструктурированный поток, с цикловой структурой и с цикловой и сверхцикловой структурой.

Неструктурированный поток Е1 используется в сетях передачи данных и не имеет цикловой структуры, т.е. разделения на каналы (обычно это мультиплексирование каналов ОЦК - 64 кбит/с).

Поток Е1 с цикловой структурой предусматривает разделение на 32 канала ОЦК по 64 кбит/с в форме разделения на канальные интервалы (Time Slot - TS) от 0 до 31. Для каждого канального интервала в составе цикла отводится 8 битов, таким образом длина цикла равна 256 битов, что при заданной скорости передачи Е1 составляет 125 мкс (длительность одного цикла). Нулевой канальный интервал отводится под передачу сигнала цикловой синхронизации FAS (Frame Alignment Signal).

Структура цикла FAS представлена на рисунке ниже. Различаются четные и нечетные циклы. В TS0 нечетных циклов передается сигнал FAS (на рисунке - первая строчка), который включает в себя последовательность цикловой синхронизации 0011011 и один служебный бит, зарезервированный под задачи международного использования. В TS0 четных циклов передается сигнал NFAS, не содержащий кодовую последовательность цикловой синхронизации.

Первая строка содержит сигнал FAS

Вторая строка содержит сигнал NFAS

Sn = биты, зарезервированные под задачи национального использования

Si = биты, зарезервированные под задачи международного использования

Последовательность FAS = 0011011

В составе сигнала NFAS передается бит Si, зарезервированный под задачи международного использования, бит А, используемый для передачи сигналов о неисправностях, а также пять служебных битов Sn4, Sn5, Sn6, Sn7, Sn8,используемые для передачи сигналов сетевого управления первичной сети Е1, диагностики и дополнительных процедур контроля ошибок.

В отечественной терминологии вариант потока Е1 с цикловой структурой получил название ИКМ-31. Он используется в ряде систем передачи данных, а также в некоторых приложениях ISDN и B-ISDN. В ряде случаев аппаратура передачи/приема Е1 использует еще и шестнадцатый канальный интервал (TS-16) для передачи информации о сигнализации, связанной с разговорным каналом (сигнализации CAS).

В этом случае поток Е1 имеет дополнительно к цикловой структуре еще и сверхцикловую структуру (MFAS - Multi Frame Alignment Signal). В отечественной терминологии такой вариант цикловой структуры Е1 получил название ИКМ-30. При этом 16 циклов объединяются в сверхцикл размера 4096 битов и длительностью 2 мс. Когда идет передача/прием информации в виде сверхциклов MFAS, индивидуальная информация FAS каждого цикла теряет значимость. Необходимо рассматривать всю информацию FAS - 16 циклов.

Первый цикл содержит информацию MFAS о сверхцикле в шестнадцатом канальном интервале, а остальные 15 интервалов используются для передачи сигнальной информации. Структура MFAS показана на рисунке.

Сигнал MFAS=0000XYXX

X- запасные биты (1 обычно не используется)

Y- удаленная неисправность MFAS (равно 1 в случае, если потеряна сверхцикловая синхронизация)