Основные тенденции развития сетей ЭВМ.

На сегодняшний момент наблюдается два направления развития:

Первое – это сближение глобальных и локальных сетей.

Сегодня для всех организаций вопросы стандартизации играют немалую роль. Не остаются в стороне от этого процесса и вопросы стандартизации сетевых решений.

Корпоративные сетевые стандарты позволяют обеспечить эффективное взаимодействие всех станций сети за счет использования одинаковых версий программ и однотипной конфигурации. Однако, значительные сложности возникают при унификации технологии доступа рабочих станций к WAN-сервису, поскольку в этом случае происходит преобразование данных из формата token ring или Ethernet в форматы типа X.25 или T1/E1. ATM обеспечивает связь между станциями одной сети или передачу данных через WAN-сети без изменения формата ячеек - технология ATM является универсальным решением для ЛВС и телекоммуникаций.

Нет сомнений в том, что скоростные технологии ЛВС являются основой современных сетей. ATM, FDDI и Fast Ethernet являются основными вариантами для организация сетей с учетом перспективы. Очевидно, что приложениям multimedia, системам обработки изображений, CAD/CAM, Internet и др. требуется широкополосный доступ в сеть с рабочих станций. Все современные технологии обеспечивают высокую скорость доступа для рабочих станций, но только ATM обеспечивает эффективную связь между локальными и WAN-сетями.

Технология ATM сначала рассматривалась исключительно как способ снижения телекоммуникационных расходов, возможность использования в ЛВС просто не принималась во внимание. Большинство широкополосных приложений отличается взрывным характером трафика. Высокопроизводительные приложения типа ЛВС клиент-сервер требуют высокой скорости передачи в активном состоянии и практически не используют сеть в остальное время. При этом система находится в активном состоянии (обмен данными) достаточно малое время. Даже в тех случаях, когда пользователям реально не нужна обеспечиваемая сетью полоса, традиционные технологии ЛВС все равно ее выделяют. Следовательно, пользователям приходится платить за излишнюю полосу. Перевод распределенных сетей на технологию ATM позволяет избавиться от таких ненужных расходов.

Комитеты по стандартизации рассматривали решения для обеспечения недорогих широкополосных систем связи в начале 80-х годов. Важно то, что целью этого рассмотрения было применение принципов коммутации пакетов или статистического мультиплексирования, которые так эффективно обеспечивают передачу данных, к системам передачи других типов трафика. Вместо выделения специальных сетевых ресурсов для каждого соединения сети с коммутацией пакетов выделяют ресурсы по запросам (сеансовые соединения). Поскольку для каждого соединения ресурсы выделяются только на время их реального использования, не возникает больших проблем из-за спада трафика.

Проблема, однако, состоит в том, что статистическое мультиплексирование не обеспечивает гарантированного выделения полосы для приложений. Если множество пользователей одновременно захотят использовать сетевые ресурсы, кому-то может просто не хватить полосы. Таким образом, статистическое мультиплексирование, весьма эффективное для передачи данных (где не требуется обеспечивать гарантированную незначительную задержку), оказывается малопригодным для систем реального времени (передача голоса или видео). Технология ATM позволяет решить эту проблему.

Проблема задержек при статистическом мультиплексировании связана в частности с большим и непостоянным размером передаваемых по сети пакетов информации. Возможна задержка небольших пакетов важной информации из-за передачи больших пакетов малозначимых данных. Если небольшой задержанный пакет оказывается частью слова из телефонного разговора или multimedia-презентации, эффект задержки может оказаться весьма существенным и заметным для пользователя. По этой причине многие специалисты считают, что статистическое мультиплексирование кадров данных дает слишком сильную дрожь из-за вариации задержки (delay jitter) и не позволяет предсказать время доставки. С этой точки зрения технология коммутации пакетов является совершенно неприемлемой для передачи трафика типа голоса или видео.

ATM решает эту проблему за счет деления информации любого типа на небольшие ячейки фиксированной длины. Ячейка ATM имеет размер 53 байта, пять из которых составляют заголовок, оставшиеся 48 - собственно информацию. В сетях ATM данные должны вводиться в форме ячеек или преобразовываться в ячейки с помощью функций адаптации. Сети ATM состоят из коммутаторов, соединенных транковыми каналами ATM. Краевые коммутаторы, к которым подключаются пользовательские устройства, обеспечивают функции адаптации, если ATM не используется вплоть до пользовательских станций. Другие коммутаторы, расположенные в центре сети, обеспечивают перенос ячеек, разделение транков и распределение потоков данных. В точке приема функции адаптации восстанавливают из ячеек исходный поток данных и передают его устройству-получателю, как показано на рисунке

Передача данных в коротких ячейках позволяет ATM эффективно управлять потоками различной информации и обеспечивает возможность приоритизации трафика.

Пусть два устройства передают в сеть ATM данные, срочность доставки которых различается (например, голос и трафик ЛВС). Сначала каждый из отправителей делит передаваемые данные на ячейки. Даже после того, как данные от одного из отправителей будут приниматься в сеть, они могут чередоваться с более срочной информацией. Чередование может осуществляться на уровне целых ячеек и малые размеры последних обеспечивают в любом случае непродолжительную задержку. такое решение позволяет передавать срочный трафик практически без задержек, приостанавливая на это время передачу некритичной к задержкам информации. В результате ATM может обеспечивать эффективную передачу всех типов трафика.

Даже при чередовании и приоритизации ячеек в сетях ATM могут наступать ситуации насыщения пропускной способности. Для сохранения минимальной задержки даже в таких случаях ATM может отбрасывать отдельные ячейки при насыщении. Реализация стратегии отбрасывания ячеек зависит от производителя оборудования ATM, но в общем случае обычно отбрасываются ячейки с низким приоритетом (например, данные) для которых достаточно просто повторить передачу без потери информации. Коммутаторы ATM с расширенными функциями могут при отбрасывании ячеек, являющихся частью большого пакета, обеспечить отбрасывание и оставшихся ячеек из этого пакета - такой подход позволяет дополнительно снизить уровень насыщения и избавиться от излишнего объема повторной передачи. Правила отбрасывания ячеек, задержки данных и т.п. определяются набором параметров, называемым качеством обслуживания (Quality of Service) или QoS. Разным приложениям требуется различный уровень QoS и ATM может обеспечить этот уровень.

Поскольку приходящие из разных источников ячейки могут содержать голос, данные и видео, требуется обеспечить независимый контроль для передачи всех типов трафика. Для решения этой задачи используется концепция виртуальных устройств. Виртуальным устройством называется связанный набор сетевых ресурсов, который выглядит как реальное соединение между пользователями, но на самом деле является частью разделяемого множеством пользователей оборудования. Для того, чтобы сделать связь пользователей с сетями ATM как можно более эффективной, виртуальные устройства включают пользовательское оборудование, средства доступа в сеть и собственно сеть ATM.

В заголовке ATM виртуальный канал обозначается комбинацией двух полей - VPI (идентификатор виртуального пути) и VCI (идентификатор виртуального канала. Виртуальный путь применяется в тех случаях, когда 2 пользователя ATM имеют свои собственные коммутаторы на каждом конце пути и могут, следовательно, организовывать и поддерживать свои виртуальные соединения. Виртуальный путь напоминает канал, содержащий множество кабелей, по каждому из которых может быть организовано виртуальное соединение.

Поскольку виртуальные устройства подобны реальным, они также могут быть "выделенными" или "коммутируемыми". В сетях ATM "выделенные" соединения называются постоянными виртуальными устройствами (PVC), создаваемыми по соглашению между пользователем и оператором (подобно выделенной телефонной линии). Коммутируемые соединения ATM используют коммутируемые виртуальные устройства (SVC), которые устанавливаются путем передачи специальных сигналов между пользователем и сетью. Протокол, используемый ATM для управления виртуальными устройствами подобен протоколу ISDN. Вариант для ISDN описан в стандарте Q.931, ATM - в Q.2931.

Виртуальные устройства ATM поддерживаются за счет мультиплексирования трафика, что существенно снижает расходы на организацию и поддержку магистральных сетей. если в одном из виртуальных устройств уровень трафика невысок, другое устройство может использовать часть свободных возможностей. За счет этого обеспечивается высокий уровень эффективности использования пропускной способности ATM и снижаются цены. Небольшие ячейки фиксированной длины позволяют сетям ATM обеспечить быструю передачу критичного к задержкам трафика (например, голосового). Кроме того, фиксированный размер ячеек обеспечивает практически постоянную задержку, позволяя эмулировать устройства с фиксированной скоростью передачи типа T1E1. Фактически, ATM может эмулировать все существующие сегодня типы сервиса и обеспечивать новые услуги. ATM обеспечивает несколько классов обслуживания, каждый из которых имеет свою спецификацию QoS.

Класс QoS Класс обслуживания Описание

1 A производительность частных цифровых линий (эмуляция устройств или CBR)

2 B пакетные аудио/видео-конференции и multimedia (rt-VBR)

3 C ориентированные на соединения протоколы типа frame relay (nrt-VBR)

4 D протоколы без организации соединений типа IP, эмуляция ЛВС (ABR)

5 Unspecified наилучшие возможности в соответствии с определением оператора (UBR)

Большая часть трафика, передаваемого через сети ATM использует класс обслуживания C, X или Y. Класс C определяет параметры QoS (качество обслуживания) для задержки и вероятности отбрасывания, но требует от пользователя аккуратного управления трафиком во избежание перенасыщения сети. трафик класса X дает пользователю большую свободу, но может не обеспечить стабильной производительности. Класс Y, называемый также "Available Bit Rate" (ABR или доступная скорость) позволяет пользователю и сети установить совместно скорость на основе оценки потребностей пользователя и возможностей сети.

Второе – микросегментация сетей.

Тогда, в конце 80-х, сети строились таким образом, что рабочие станции пользователей и обслуживающие их серверы находились в одной подсети (сегменте). В этих условиях большая часть трафика передавалась внутри подсетей и лишь малая его часть - между подсетями. Так и возникло хорошо известное правило 80/20, т. е. 80% трафика локализовано внутри подсетей и только 20% пересекает их границу. С этими 20% спокойно справлялись маршрутизаторы, связывающие подсети между собой.

Со временем значение ЛВС для успешной деятельности предприятий росло, а следовательно, увеличивался и объем передаваемого по ним трафика. Возникла необходимость в повышении производительности сетей. Одним из способов достижения этого стала их микросегментация. Она позволяла уменьшить число пользователей на один сегмент и снизить объем широковещательного трафика, а значит, повысить производительность сети.

Первоначально для микросегментации использовались маршрутизаторы, которые, вообще говоря, не очень приспособлены для этой цели. Решения на их основе были достаточно дорогостоящими и отличались большой временной задержкой и невысокой пропускной способностью. Более подходящими устройствами для микросегментации сетей стали коммутаторы. Благодаря относительно низкой стоимости, высокой производительности и простоте в использовании они быстро завоевали популярность.

Таким образом, сети стали строить на базе коммутаторов и маршрутизаторов (см. рисунок). Первые обеспечивали высокоскоростную пересылку трафика между сегментами, входящими в одну подсеть, а вторые передавали данные между подсетями, ограничивали распространение широковещательного трафика, решали задачи безопасности и т. д.

Однако централизация серверов, внедрение технологий интрасетей, широкое применение приложений-мультимедиа и другие причины не только существенно повышают объем трафика в сетях, но и изменяют картину его распространения. С внедрением интрасетей о правиле 80/20 можно забыть, так как картина распространения трафика становится абсолютно непредсказуемой: 80/20, 20/80, 50/50... Все это предъявляет новые требования к средствам межсетевого взаимодействия, причем традиционные маршрутизаторы зачастую уже не отвечают этим требованиям. Необходимо существенно ускорить пересылку трафика между подсетями (на третьем уровне) и снизить задержку при такой пересылке. Кроме того, при использовании центрального маршрутизатора значительно увеличивается нагрузка на сетевую магистраль, поскольку весь трафик между подсетями должен передаваться через маршрутизатор, а, следовательно, проходить через магистраль (см. рисунок). Отсюда вытекает еще одно требование - сделать маршрутизацию распределенной, чтобы в процессе маршрутизации участвовали устройства (коммутаторы), находящиеся ближе к рабочим станциям.

Производители сетевого оборудование быстро среагировали на новые требования и разработали соответствующие технологии и продукты, очень часто объединяемые общим термином "Layer 3 Switching". Технологии для распределенных сетей (Tag Switching [1] фирмы Cisco Systems, IP Navigator фирмы Cascade Communications, VNS фирмы Nortel и т. д.) и новым поколением высокоскоростных маршрутизаторов (GRF 400 фирмы Ascend Communications, BFR фирмы Cisco Systems и т. д.).

X.25 - разработанный сектором по стандартизации телекоммуникаций в составе международного совета по телекоммуникациям (ITU-T) стандарт протокола связи глобальных сетей (WAN), который определяет как устанавливается и поддерживается соединение между пользовательскими и сетевыми устройствами. X.25 спроектирован для эффективного функционирования вне зависимости от типа систем подключённых к сети. Обычно используется в сетях с пакетной коммутацией (PSN), например, телефонных компаний. Абоненты оплачивают услуги на основании использования ими сети. Разработка протокола X.25 была инициирована компаниями связи в 1970-х годах. В наше время, существует потребность в протоколах глобальных сетей, способных обеспечивать взаимосвязь между сетями общего пользования (PDN). Протокол X.25 применяется как международный стандарт ITU-T.

Сетевой адрес пользователя состоит из 12 десятичных цифр. 1-4 - идентификатор сети передачи данных (3 - страна, 4 - сеть); 5-12 - национальный номер (5-7 местная область, 8-12 - местный номер). Международная система адресации для систем передачи данных общего пользователя описана в рекомендациях X.121 международного комитета по телефонии и телеграфии. Каждое подключение к сети коммутации пакетов имеет свой национальный номер. Протокол X.25 не определяет технику маршрутизации пакетов по сети. Для целей управления в сетях X.25 используется протокол snmp и база данных MIB (как и в сетях Интернет). Три базовых уровня протокола X.25 и схема потоков информации отображены на рисунке X.25 - это стандарт протокола ITU-T, который определяет как устанавливаются и поддерживаются соединения между пользовательскими и сетевыми устройствами наиболее эффективно несмотря на тип систем подключённых к сети. Устройства X.25 - терминальное оборудование (DTE), оборудование передачи данных (DCE) и коммутаторы пакетов (PSE). Соединения X.25 на линиии связи бывают двух типов - коммутируемый виртуальный канал (SVC) и постоянный виртуальный канал (PVC). X.25 использует следующие три потокола, которые соответствуют трём нижним уровням эталонной модели OSI:

На сетевом уровне протокол пакетного уровня (PLP)

Сбалансированная процедура доступа к каналу (LAPB) на канальном уровне

X.21bis, EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, EIA-530 и G.703 на физическом уровне

Дата добавления: 2015-07-15