Оценка производительности протоколов доступа к ресурсам систем облачных вычислений.

Оценка производительности протоколов доступа к ресурсам систем облачных вычислений.

 

 

Содержание

Глава 1. Технологии облачных вычислений. 3

1.1. Достоинства облачных вычислений. 3

Достоинства облачных вычислений: 3

1.3. Модели развертывания облачных технологий. 6

1.4. Основные свойства облачных технологий. 7

Глава 2. Протоколы канального уровня, применяемые на СПБИВЦ. 9

2.1 Канальный уровень передачи данных. 9

2.2 Семейство технологий Ethernet 10

2.2.1 Ethernet 10

2.2.3 Gigabit Ethernet 13

2.3. Протоколы используемые на каналах передачи данных стандарта E1. 14

2.3.1 PDH.. 14

2.3.2 Frame relay. 15

2.2.5 HDLC.. 18

2.3 ATM.. 22

2.4 xDSL. 25

Глава 3. Производительность протоколов канального уровня. 28

3.1 Пропускная способность протокола. 28

3.3 Размеры кадра и пакета. 30

3.4 Размер кадра в гетерогенной сети. 31

3.5 Потеря кадров. 32

4.1 Fast Ethernet 34

4.2 Frame relay, HDLC.. 34

4.3 SHDSL. 35

2.4 Тестирование. 35

5. Охрана труда. 37

5.1 Анализ опасных и вредных факторов производства. 37

5.2 Требования к организации рабочего места пользователей ПЭВМ.. 38

5.3 Освещение на рабочих местах. 39

5.4.Уровень шума и вибрации на рабочих местах. 41

5.5 Микроклимат, содержание аэроионов и вредных химических веществ в воздухе на рабочих местах. 41

5.6 Уровень электромагнитных и ионизирующих излучений. 42

5.7 Оценка напряжённости трудового процесса. 43

5.8 Выводы по главе. 47

6. Обоснование экономической эффективности. 48

6.1 План выполнения дипломного проекта. 48

6.2. Смета затрат на научно исследовательскую работу. 50

6.2.1. Материалы.. 50

6.2.2. Расходы на электроэнергию.. 52

6.2.3. Затраты на оплату труда. 53

6.2.4. Взносы на социальное страхование и обеспечение. 54

6.2.5. Затраты на амортизацию оборудования. 55

6.3. Стоимость выполнения дипломного проекта. 56

6.4. Обоснование экономической эффективности. 56

6.5. Заключение по разделу. 57

 

Введение

Идея создания облачных вычислений появилась еще в 1960 году. Джон Маккарти, компьютерный исследователь, известный своими разработками, создатель языка программирования Lisp, высказал предположение о том, что когда-нибудь компьютерные вычисления будут производиться с помощью общенародных утилит.

Полноценному развитию облачных вычислений в первую очередь поспособствовал быстрый прогресс технологии виртуализации. Виртуализация — это предоставление набора вычислительных ресурсов или их логического объединения, абстрагированное от аппаратной реализации, и обеспечивающее при этом логическую изоляцию вычислительных процессов, выполняемых на одном физическом ресурсе. Впервые виртуализация была предложена в мэйнфреймах IBM в середине 1960-х годов. Однако после смены направления развития компьютерных технологий от дорогих мейнфреймов в сторону персональных компьютеров и недорогих серверов, основанных на процессорной архитектуре x86, о виртуализации на долгое время забыли. Лишь с середины 2000-х годов ситуация стала меняться. До этого времени рынок виртуализации для архитектур x86 фактически находился под монопольным контролем компании VMware. Однако со временем стали появляться как коммерческие проекты (Parallels, Virtual PC и др.), так и разработки с открытым кодом (QEMU и др.). В 2006 году Microsoft выпустила бесплатную Windows-версию продукта Microsoft Virtual PC, что послужило началом массового использования технологий виртуализации на компьютерах архитектуры x86. Также в том году компанией Amazon был запущен веб-сервис Amazon Elastic Compute Cloud, который отличался новым подходом к виртуализации. До появления данного продукта виртуализация понималась преимущественно, как возможность развернуть нужное количество виртуальных серверов на собственном оборудовании, а благодаря Amazon Elastic Compute Cloud в привычку вошла идея аренды виртуальных серверов на чужом оборудовании [3]. Также свой вклад в концепцию облаков внесла компания Google со своей платформой Google Apps для веб-приложений в бизнес-секторе. С появлением App Engine сторонние разработчики получили возможность размещать в инфраструктуре Google веб-приложения, которые могут масштабироваться и обслуживать миллионы веб-пользователей ничуть не хуже, чем приложения от самой Google.

Протоколы канального уровня обеспечивают доступ к среде передачи данных. От выбора протокола будет зависеть качество приёма и передачи сигнала.

 

 

Глава 2. Протоколы канального уровня, применяемые на СПБИВЦ.

Семейство технологий Ethernet

Ethernet

Технология Ethernet была разработана корпорацией Xerox PARC вместе со многими её первыми проектами. Датой создания Ethernet считается 22 мая 1973 года, когда Роберт Меткалф составил докладную записку для главы Xerox PARC о потенциале технологии Ethernet. Он стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 1990-х годов.

Ethernet в основном описывается стандартами IEEE 802.3. В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель. Применение коаксиального кабеля во многом определило принципы работы Ethernet. Дело в том, что коаксиальный кабель - разделяемая среда передачи. Одновременно её могут использовать несколько интерфейсов, но передавать, в каждый момент времени, должен только один. С помощью коаксиального кабеля можно соединит не только 2 компьютера между собой, но и более двух, без применения активного оборудования. Однако если хотя бы два узла начнут одновременно передавать информацию, то их сигналы наложатся друг на друга - произойдёт коллизия. Для того чтоб распознать коллизию, передающий узел постоянно наблюдает за сигналами в среде и, если собственный передаваемый сигнал отличается от наблюдаемого - фиксируется коллизия. В этом случае все узлы перестают передавать и возобновляют передачу через случайный промежуток времени. Но если каждый из передающих узлов примет встречный сигнал только после того, как уже закончит передавать свое сообщение — факт того, что произошла коллизия не будет установлен ни одним из них, а значит повторной передачи кадров не будет.

Для того, чтоб такой ситуации не произошло необходимо ограничить количество узлов и минимальный размер кадра. Эти величины прямо пропорциональны друг другу.

Разработчикам технологии Ethernet пришлось искать золотую середину между двумя этими параметрами, и минимальным размером кадра была установлена величина 64 байта.

В дальнейшем появилась возможность использовать в качестве передающей среды витую пару. Это привело к следующим преимуществам:

- возможности работы в дуплексном режиме;

- низкой стоимость кабеля витой пары;

- уменьшению минимально допустимого радиуса изгиба кабеля

- более высокой надёжности сетей, потому что при использовании витой пары сеть строится по топологии «звезда» и обрыв кабеля приводит лишь к нарушению связи между двумя объектами сети, соединёнными этим кабелем, а при использовании коаксиального кабеля сеть строится по топологии «шина», для которой требуется наличие терминальных резисторов на концах кабеля, поэтому обрыв кабеля приводит к неисправности сегмента сети;

- большей помехоустойчивости из-за использования дифференциального сигнала;

- возможность питания по кабелю маломощных узлов, например, IP-телефонов;

- применению гальванических развязок трансформаторного типа. В условиях СНГ, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто приводило к выходу из строя сетевых карт в результате электрического пробоя;

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Скорость передачи данных по каналу Ethernet составляет 10 Мбит/с. Максимальный размер для передаваемого кадра - 1518 байт. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции. Спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала — не более 100. Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

Существует несколько форматов Ethernet-кадра:

- первоначальный Version I, больше не применяется.

- Ethernet Version 2 или Ethernet 802.3 - наиболее распространен (рис. 1).

- Raw 802.3 – формат кадра, разработанный фирмой Novell (рис.2).

- Ethernet SNAP (SNAP - SubNetwork Access Protocol, протокол доступа к подсетям). Кадр Ethernet SNAP определен в стандарте IEEE 802.2H и представляет собой расширение стандарта IEEE 802.3 путем введения дополнительного поля идентификатора организации, которое может использоваться для ограничения доступа к сети компьютеров других организаций. [Н. Олифер, В. Олифер, Центр Информационных Технологий] Основным отличием было добавление поля SNAP, расширяющего количество возможных добавлений номеров протоколов верхних уровней. SNAP состоит из 2-х частей: поля Organizationally Unique Identifier (OUI) и Protocol ID (PID). (рис. 3).

 

					1(2)	46-1500
Da	Sa	L	DSAP	SSAP	Control	DATA	FCS

Рис 1. Ethernet 802.3

 

			46-1500
Da	Sa	L	DATA	FCS

Рис 2. RAW 802.3

 

					1(2)		46-1500
Da	Sa	L	DSAP	SSAP	Control	SNAP	DATA	FCS

Рис 3. Ethernet SNAP

 

DA (Destination Address) - MAC адрес назначения, может быть юникастом, мультикастом, бродкастом.

SA (Source Address) - MAC адрес отправителя. Всегда юникаст.

L – Length, хранит информацию о размере данных.

DSAP, SSAP, Control - заголовок LLC. LLC - подуровень управления логической связью. Указывает типа протокола верхнего уровня, вложившего свой пакет в поле данных этого кадра.

DATA – поле данных.

FCS (Frame Check Sequence) - проверочная последовательность кадра

Fast Ethernet

К появлению Fast Ethernet привело создание сетевых мостов нового поколения - коммутаторов, которые в отличие от традиционного сетевого моста имели большое количество портов и обеспечивали передачу кадров между портами одновременно. Это позволило эффективно применять коммутаторы для тех сетей, в которых межсегментный трафик не очень отличался от внутрисегментного. Появилась возможность соединить низкую стоимость технологии Ethernet с высокой производительностью сетей, построенных на основе коммутаторов.

Ещё одно событие заключалось в появлении экспериментальных сетей, в которых использовался протокол Ethernet с более высокой битовой скоростью передачи данных, а именно 100 Мб/с. До этого только технология Fiber Distributed Data Interface(FDDI) обеспечивала такую битовую скорость, но она была специально разработана для построения магистралей сетей и была слишком дорогой для подключения к сети отдельных рабочих станций или серверов.

В 1992 году в институте IEEE была начата работа по стандартизации новой технологии. Созданная для этого исследовательская группа с конца 1992 по конец 1993 года изучила множество 100-мегабитных решений, предложенных различными производителями, а также высокоскоростную технологию, предложенную компаниями Hewlett-Packard и AT&T.

В мае 1995 года комитет IEEE принял спецификацию Fast Ethernet в качестве стандарта 802.3u, который не является самостоятельным стандартом, а представляет собой дополнение к существующему стандарту 802.3

Сходства Fast Ethernet с Ethernet:

- сохранение метода случайного доступа CSMA/CD, принятого в Ethernet;

- сохранение формата кадра, принятого в стандарте IEEE 802.3;

- сохранение топологии «звезда»;

- поддержка традиционных сред передачи данных - витой пары и волоконно-оптического кабеля;

Gigabit Ethernet

В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью
1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.

При скорости передачи 1 Гбит/с размер кадра в 64 бита приводит к тому, что для надежного распознавания коллизий необходимо, чтобы максимальный диаметр сети (расстояние между двумя наиболее удаленными друг от друга компьютерами) составлял не более 20 м, что было бы мало полезным (успешное распознавание коллизий возможно только в том случае, если время между посылкой двух последовательных кадров минимальной длины больше, чем двойное время распространения сигнала между двумя максимально удаленными друг от друга узлами в сети). Поэтому, чтобы обеспечить максимальный диаметр сети в 200 м (два кабеля по 100 м и коммутатор), минимальная длина кадра в стандарте Gigabit Ethernet была увеличена до 512 байт.

 

 

PDH

Е1 — европейский стандарт цифровой передачи данных, соответствующий первичному уровню европейского стандарта PDH. Цикл потока Е1 состоит из 32 канальных интервалов, нумеруемых от 0 до 31. Тридцать канальных интервалов (1—15 и 17—31) используются для передачи трафика, а два — нулевой и шестнадцатый — для передачи служебной информации, таких как синхронизации и сигнальные сообщения вызовов. Скорость передачи данных в канале E1 составляет 2 Мбит/с.

Плезиохронная цифровая иерархия (PDH) — это принцип построения цифровых систем передачи, которые используют групповой мультиплексированный ИКМ-сигнал, состоящий из цифровых 30-канальных потоков и требующий синхронизации скоростей цифровых потоков на входе оборудования группообразования. Под термином «плезиохронные» понимается то, что скорости входных 30-канальных групп немного отличаются друг от друга вследствие допустимой нестабильности задающего генератора каналообразующего оборудования этих потоков.

PDH является Одной из первых систем, предназначенных для передачи информации в цифровом виде на большие расстояния. Первый релиз данного стандарта был разработан организацией по стандартизации ITU-T и выпущен в 1972 году под индексом G.703.

Для синхронизации потоков в PDH используется технология временного мультиплексирования(TDM). Технологию TDM первой стали широко применять в обычных системах электросвязи. Эта технология предусматривает объединение нескольких входных низкоскоростных каналов в один составной высокоскоростной канал. Входные каналы по очереди модулируют высокочастотную несущую в течение выделенных им коротких промежутков времени (тайм-слотов), которые периодически повторяются. Мультиплексор на одной стороне канала связи собирает данные со всех источников и передает их по волокну в течение соответствующих тайм-слотов. Демультиплексор на другой стороне линии связи выделяет тайм-слоты, считывает данные и передает их соответствующим пользователям уже в виде единых выходных потоков.

Главное отличие мультиплексирования с разделением во времени от статистического мультиплексирования, такого как пакетное мультиплексирование, в том, что таймслоты следуют в заданном, периодически повторяющемся порядке, в отличие от пакетной обработки, где разделение происходит по мере поступления пакетов. Статистическое мультиплексирование похоже, но не должно быть рассматриваемо как мультиплексирование с подразделением времени.

Frame relay

Frame Relay первоначально разрабатывался как протокол для использования в интерфейсах ISDN (цифровая сеть, позволяющая передавать данные со скоростью до 64 кбит/с по абонентской проводной линии и обеспечивающая интегрирование телекоммуникационных услуг). Исходные предложения, представленные в CCITT (подразделение Международного союза электросвязи, разрабатывающее технические характеристики) в 1984 г., преследовали эту цель.

В 1990 году Cisco Systems, StrataCom, Northern Telecom и Digital Equipment Corporation образовали консорциум, чтобы сосредоточить усилия на разработке технологии Frame Relay и ускорить появление изделий Frame Relay, обеспечивающих взаимодействие сетей. Консорциум разработал спецификацию, отвечающую требованиям базового протокола Frame Relay, рассмотренного в T1S1 и CCITT. Однако он расширил ее, включив характеристики, обеспечивающие дополнительные возможности для комплексных окружений межсетевого объединения. Эти дополнения к Frame Relay называются обобщенно - local management interface.

Frame Relay обеспечивает возможность передачи данных с коммутацией пакетов через интерфейс между устройствами пользователя: маршрутизаторами, мостами, главными вычислительными машинами и оборудованием сети - переключающими узлами. Устройства пользователя часто называют терминальным оборудованием (DTE), в то время как сетевое оборудование, которое обеспечивает согласование с DTE, часто называют устройством завершения работы информационной цепи (DCE). Сеть, обеспечивающая интерфейс Frame Relay, может быть либо общедоступная сеть передачи данных и использованием несущей, либо сеть с оборудованием, находящимся в частном владении, которая обслуживает отдельное предприятие.

В роли сетевого интерфейса, Frame Relay является таким же типом протокола, что и Х.25. Однако Frame Relay значительно отличается от Х.25 по своим функциональным возможностям и по формату. В частности, Frame Relay является протоколом для линии с большим потоком информации, обеспечивая более высокую производительность и эффективность.

В роли интерфейса между оборудованием пользователя и сети, Frame Relay обеспечивает средства для мультиплексирования большого числа логических информационных диалогов (называемых виртуальными цепями) через один физический канал передачи, которое выполняется с помощью статистики. Это отличает его от систем, использующих только технику временного мультиплексирования (TDM) для поддержания множества информационных потоков. Статистическое мультиплексирование Frame Relay обеспечивает более гибкое и эффективное использование доступной полосы пропускания. Оно может использоваться без применения техники TDM или как дополнительное средство для каналов, уже снабженных системами TDM.

Другой важной характеристикой Frame Relay является то, что она использует новейшие достижения технологии передачи глобальных сетей. Более ранние протоколы WAN, такие как Х.25, были разработаны в то время, когда преобладали аналоговые системы передачи данных и медные носители. Эти каналы передачи данных значительно менее надежны, чем доступные сегодня каналы с волоконно-оптическим носителем и цифровой передачей данных. В таких каналах передачи данных протоколы канального уровня могут предшествовать требующим значительных временных затрат алгоритмам исправления ошибок, оставляя это для выполнения на более высоких уровнях протокола. Следовательно, возможны большие производительность и эффективность без ущерба для целостности информации. Именно эта цель преследовалась при разработке Frame Relay. Он включает в себя алгоритм проверки при помощи циклического избыточного кода (CRC) для обнаружения испорченных битов, но в нем отсутствуют какие-либо механизмы для корректирования испорченных данных средствами протокола.

Другим различием между Frame Relay и Х.25 является отсутствие явно выраженного управления потоком для каждой виртуальной цепи. В настоящее время, когда большинство протоколов высших уровней эффективно выполняют свои собственные алгоритмы управления потоком, необходимость в этой функциональной возможности на канальном уровне уменьшилась. Таким образом, Frame Relay не включает явно выраженных процедур управления потоком, которые являются избыточными для этих процедур в высших уровнях. Вместо этого предусмотрены очень простые механизмы уведомления о перегрузках, позволяющие сети информировать какое-либо устройство пользователя о том, что ресурсы сети находятся близко к состоянию перегрузки. Такое уведомление может предупредить протоколы высших уровней о том, что может понадобиться управление потоком.

Стандарты Current Frame Relay адресованы перманентным виртуальным цепям (PVC), определение конфигурации которых и управление осуществляется административным путем в сети Frame Relay. Был также предложен и другой тип виртуальных цепей - коммутируемые виртуальные цепи (SVC). Протокол ISDN предложен в качестве средства сообщения между DTE и DCE для динамичной организации, завершения и управления цепями SVC.

Frame Relay может быть использована в качестве интерфейса к услугам либо общедоступной сети со своей несущей, либо сети с оборудованием, находящимся в частном владении. Обычным способом реализации частной сети является дополнение традиционных мультиплексоров Т1 интерфейсами Frame Relay для информационных устройств, а также интерфейсами (не являющимися специализированными интерфейсами Frame Relay) для других прикладных задач, таких как передача голоса и проведение видео-телеконференций.

Формат кадра:

	2-4	1-1600
flag	address	DATA	FCS	flag

Каждый кадр начинается и замыкается «флагом» - последовательностью «01111110». Для предотвращения случайной имитации последовательности «флаг» внутри кадра при его передаче проверяется всё его содержание между двумя флагами и после каждой последовательности, состоящей из пяти идущих подряд бит «1», вставляется бит «0». Эта процедура обязательна при формировании любого кадра Frame relay, при приёме эти биты «0» отбрасываются.

FCS (Frame Check Sequence) - проверочная последовательность кадра. Служит для обнаружения ошибок.

Поле данных имеет минимальную длину в 1 байт, максимальную по стандарту Frame Relay Forum — 1600 байтов, однако в реализациях некоторых производителей Frame relay - оборудования допускается превышение максимального размера (до 4096 байтов).

Поле Адрес кадра Frame Relay, кроме собственно адресной информации, содержит также и дополнительные поля управления потоком данных и уведомлений о перегрузке канала (рис. 3).

DLCI	C/R	EA	DLCI	FECN	BECN	DE	EA

Рис. 5

DLCI - (Data Link Connection Identifier) идентификатор виртуального канала (PVC), мультиплексируемого в физический канал. DLCI имеют только локальное значение и не обеспечивают внутрисетевой адресации.

C/R - (Command/Response) признак «команда-ответ».

E/A - (Address Field Extension Bit) бит расширения адреса. DLCI содержится в 10 битах, входящих в два байта заголовка, однако возможно расширение заголовка на целое число дополнительных байтов с целью указания адреса, состоящего более чем из 10 бит. E/A устанавливается в конце каждого байта заголовка. Если он имеет значение «1», то это означает, что данный байт в заголовке последний.

FECN - (Forward Explicit Congestion Notification) извещение о перегрузке канала в прямом направлении.

BECN - (Backward Explicit Congestion Notification) извещение о перегрузке канала в обратном направлении.

DE - (Discard Eligibility Indicator) индикатор разрешения сброса кадра при перегрузке канала. Выставляется в «1» для данных, подлежащих передаче в негарантированной полосе (EIR) и указывает на то, что данный кадр может быть уничтожен в первую очередь.

HDLC

HDLC (High-Level Data Link Control) - протокол канального уровня, разработанный организацией ISO. Он реализует механизм управления потоком посредством передающих и принимающих окон и имеет необязательные возможности, поддерживающие полудуплексную и полнодуплексную передачу, одноточечную и многоточечную конфигурации.

Окно устанавливается на каждом конце канала связи, чтобы обеспечить резервирование ресурсов обеих станций. Этими ресурсами могут быть ресурсы вычислителя или пространство буфера. В большинстве случаев окно обеспечивает и буферное пространство, и правила нумерации. Окно устанавливается во время инициирования сеанса связи между станциями. Если станции должны обменяться данными, то каждая станция резервирует окно для другой станции, с которой она связана каналом передачи данных. Использование окон необходимо для полнодуплексных протоколов, потому что они подразумевают непрерывный поток кадров в принимающий узел без периодических подтверждений с остановкой и ожиданием.

Окна в принимающем и передающем узлах управляются переменными состояния, которые представляют по сути состояние счетчика. Передающий узел поддерживает переменную состояния посылки V(S). Это порядковый номер следующего по очереди I-кадра, который должен быть передан. Принимающий узел поддерживает переменную состояния приема V(R), которая содержит номер, который, как ожидается, является порядковым номером следующего I-кадра. V(S) увеличивается на 1 при передаче каждого кадра и помещается в поле порядкового номера посылки кадра. Получив кадр, принимающий узел производит проверку наличия ошибок передачи и сравнивает порядковый номер со своим V(R). Если кадр может быть принят, узел увеличивает V(R) на 1, помещает его в поле порядкового номера приема кадра подтверждения АСК и посылает этот кадр в узел-отправитель, завершая квитирование передачи.

Если V(R) не равен порядковому номеру посылки в кадре или обнаружена ошибка, значит, что-то произошло, и после тайм-аута в узел-отправитель посылается NAK с порядковым номером приема, содержащим значение V(R). В большинстве протоколов этот NAK называется Неприем (REJ) или Выборочный неприем (SREJ). Значение V(R) уведомляет передающее устройство ООД о том, что ожидается посылка нового кадра. Так как передатчик восстанавливает старое значение V(S) и повторяет передачу кадра, порядковый номер которого совпадает со значением V(S).

Во многих системах для V(S) и V(R) у порядковых номеров в кадре используются числа 0 - 7. Если переменные состояния в результате последовательного увеличения достигли 7, то, начиная с 0, эти числа снова используются. Вследствие повторного использования чисел устройствам, станциям не разрешено посылать кадр с порядковым номером, который не был подтвержден. Например, протокол должен дождаться подтверждения кадра с номером 6, прежде чем он опять использует V(S)=6.

Использование номеров 0-7 позволяет семи кадрам быть в активном состоянии, прежде, чем "закроется" окно. Несмотря на то что диапазон 0-7 дает восемь порядковых номеров, V(R) содержит значение следующего ожидаемого кадра, что ограничивает число активных кадров до 7.

Структура кадра HDLC:

		8-16	0 – кратно 8
FD	address	control	INFO	FCS	FD

Рис 6.

HDLC является кодопрозрачным протоколом. Он не зависит от конкретного кода при выполнении функции управления каналом. Восьмибитовая комбинация флага ( FD) помещается в начале и в конце кадра, чтобы дать возможность приемнику распознать начало и конец кадра. Возможны случаи, когда прикладной процесс помещает в данных пользователя восьмибитовую последовательность, совпадающую с флагом. В этом случае передающая станция в поток выходных данных помещает 0 после 5 подряд идущих единиц, встретившихся в любом месте между начальным и конечным флагами кадра. Такая вставка производится в адресное, управляющее, информационное поля и поле CRC. Этот метод называется вставкой битов. Такую же функцию выполняет знак DLE в протоколе BSC. После того как завершается вставка битов в кадр и по концам кадра помещаются флаги, кадр передается приемнику по каналу. Благодаря этим флагам в HDLC-кадре отсутствует поле длины кадра. Иногда флаг конца одного кадра может быть начальным флагом следующего кадра.

Адрес (address) выполняет свою обычную функцию идентификации одного из нескольких возможных устройств только в конфигурациях точка-многоточка. В двухточечной конфигурации адрес HDLC используется для обозначения направления передачи — из сети к устройству пользователя или наоборот.

Управляющее(control) поле занимает 1 или 2 байта. Его структура зависит от типа передаваемого кадра. Тип кадра определяется первыми битами управляющего поля (рис. 7):

- 0 - Информационный (I — кадр) несет информацию верхнего уровня. Поле RSN имеет номер кадра, который ожидается при приеме. Поле SSN — номер транспортируемого кадра. Бит P/F реализует надежность контроль потока и доставки. Первичный узел реализует этот бит для требования мгновенного ответа, вторичный — для указания на последний кадр в текущем ответе;

- 10 - управляющий (S — кадр), транспортирует управляющую информацию в полях FC, информационных полей нету. Разрешает запросить, приостановить транспортировку, передать данные состояния, подтвердить прием I-кадров;

- 1 – ненумерованный (U-кадр), реализуется для целей управления;

 

Рис 7.

В структуру управляющего поля кадров всех типов входит бит P/F, он по-разному используется в кадрах-командах и кадрах-ответах. Например, станция-приёмник при получении от станции-передатчика кадра-команды с установленным битом P немедленно должна ответить управляющим кадром-ответом, установив бит F.

Информационное поле предназначено для передачи по сети пакетов протоколов вышележащих уровней — сетевых протоколов IP, IPX, AppleTalk, DECnet, в редких случаях — прикладных протоколов, когда те выкладывают свои сообщения непосредственно в кадры канального уровня. Информационное поле может отсутствовать в управляющих кадрах и некоторых ненумерованных кадрах.

Поле FCS (Frame Check Sequence) - контрольная последовательность, необходимая для обнаружения ошибок передачи. Её вычисление в основном производится методом циклического кодирования (CRC-16) в соответствии с рекомендацией CCITT V.41.

Значением CRC является, по сути, остаток от деления многочлена M(x), соответствующего входным данным, на некий фиксированный порождающий многочлен G(x) степени r. Каждой конечной последовательности битов взаимно однозначно ставится в соответствие двоичный полином, последовательность коэффициентов которого представляет собой исходную последовательность. Полиномиальная арифметика выполняется по модулю 2, то есть сложение и вычитание происходят без переноса разрядов так, что обе эти операции эквивалентны «исключающее ИЛИ». Деление выполняется, как обычно, в двоичной системе, с той лишь разницей, что вычитание выполняется по модулю 2.

Смысл использования полиномиальных кодов при передаче заключается в следующем. Отправитель и получатель заранее выбирают одинаковый генераторный случайный полином G(x) у которого коэффициенты при старшем члене и при младшем члене должны быть равны 1. Для вычисления контрольной суммы блока из m бит необходимо, чтобы m > r. Далее, реализуя алгоритм вычисления CRC, отправитель добавляет контрольную сумму к передаваемому блоку, рассматриваемому как полином M(x) так, чтобы передаваемый блок с контрольной суммой был кратен G(x). Если образуется ненулевой остаток, то это свидетельствует о возникновении ошибки при передаче.

В CRC-16 производящим полиномом является . CRC позволяет обнаруживать всевозможные кортежи ошибок длиной до 16 бит, вызываемые одиночной ошибкой, а также 99,9984 % всевозможных более длинных кортежей ошибок. FCS составляется по полям Адрес, Управляющее поле, Информационное поле. В редких случаях используются другие методы циклического кодирования. После просчёта FCS на стороне приёмника он отвечает положительной или отрицательной квитанцией. Повтор кадра передающей стороной выполняется по приходу отрицательной квитанции или по истечении тайм-аута.

 

ATM

Основы технологии ATM были разработаны независимо во Франции и США в 1970-х годах двумя учёными: Jean-Pierre Coudreuse, который работал в исследовательской лаборатории France Telecom, и Sandy Fraser инженером Bell Labs. Они оба хотели создать такую архитектуру, которая бы осуществляла транспортировку как данных, так и голоса на высоких скоростях, и использовала сетевые ресурсы наиболее эффективно.

ATM (asynchronous transfer mode) – сетевая высокопроизводительная технология коммутации и мультиплексирования пакетов, которые представляют собой ячейки (рис. фиксированного размера в 53 байта, где первые 5 байт используются под заголовок. Является широкополосной версией ISDN, работает на скорости 150,52 Мбит/с с пакетом постоянной длины и минимальным заголовком. Слово асинхронный в названии означает, что тактовые генераторы передатчика и приемника не синхронизованы, а сами ячейки передаются и мультиплексируются по запросам.

 

Формат ячеек

UNI NNI

 

 

Рис.

GFC - Generic Flow Control (4 бита) — общее управление потоком;

VPI - Virtual Path Identifier (8 бит UNI) или (12 бит NNI) — идентификатор виртуального пути;

VCI - Virtual circuit identifier (16 бит) — идентификатор виртуального канала;

PT - Payload Type (3 бита) — тип данных;

CLP - Cell Loss Priority (1 бит) — уровень приоритета при потере пакета; указывает на то, какой приоритет имеет ячейка (cell), и будет ли она отброшена в случае перегрузки канала;

HEC - Header Error Control (8 бит) — поле контроля ошибок.

UNI - User-to-Network Interface — интерфейс пользователь-сеть. Стандарт, разработанный ATM Forum, который определяет интерфейс между конечной станцией и коммутатором в сети ATM.

NNI - Network-to-Network Interface — интерфейс сеть-сеть. Обобщённый термин, описывающий интерфейс между двумя коммутаторами в сети.

Формально формирование виртуального канала ATM не является частью ATM-протокола. Сначала здесь формируется сигнальная схема, для этого посылается запрос с VPI=0 и VCI=5. Если процедура завершилась успешно, можно начинать формирование виртуального канала. При создании канала могут использоваться 6 разновидностей сообщений:

- setup - запрос формирования канала;

- call proceeding - запрос в процессе исполнения;

- connect - запрос принят;

- connect ACK - подтверждение получения запроса;

- release - сообщение о завершении;

- release compleate - подтверждение получения сообщения release;

В ATM предусмотрено несколько категорий услуг (таблица 1).

Таблица 1 - Типы категорий ATM-услуг.

Класс	Описание	Пример
cbr	Постоянная скорость передачи	Канал Т1
rt-vbr	Переменная скорость передачи (реальное время)	Видеоконференции
nrt-vbr	Переменная скорость передачи (нереальное время)	Мультимедиа по электронной почте
abr	Доступная скорость передачи	Просмотр web-информации
ubr	Не специфицированная скорость передачи	Пересылка файлов в фоновом режиме

 

CBR не предусматривает контроля ошибок, управления трафиком или какой-либо другой обработки. Класс CBR пригоден для работы с мультимедиа реального времени.

Класс VBR содержит в себе два подкласса - обычный и для реального времени. ATM в процессе доставки не вносит никакого разброса ячеек по времени. Случаи потери ячеек игнорируются.

Класс ABR предназначен для работы в условиях мгновенных вариаций трафика. Система гарантирует некоторую пропускную способность, но в течение короткого времени может выдержать и большую нагрузку. Этот класс предусматривает наличие обратной связи между приемником и отправителем, которая позволяет понизить загрузку канала, если это необходимо.

Класс UBR хорошо пригоден для посылки IP-пакетов.

ATM использует исключительно модель с установлением соединения. Это создает определенные трудности для управления трафиком с целью обеспечения требуемого качества обслуживания. Для решения этой задачи используется алгоритм GCRA.

ATM широко использовался в глобальных компьютерных сетях, в оборудовании для передачи аудио/видео потоков, как промежуточный слой между физическим и вышележащим уровнем. Но, в конце концов, технология IP-VPN стала вытеснять ATM Свитчи ATM стали вытесняться маршрутизаторами IP/MPLS.

В 2006 Broadband Forum выпустил спецификацию TR-101 под названием «Migration to Ethernet-Based DSL Aggregation», которая указывала как построенные на ATM агрегирующие сети могут мигрировать на построенные на Ethernet агрегирующие сети, в контексте предыдущих архитектур TR-25 и TR-59^[. В качестве обоснования такого перехода в спецификации сказано, что существующие DSL-архитектуры эволюционируют от сетей «низкая скорос