Плезиохронная и синхронная цифровые иерархии

Максим Кульгин

Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия

Главный редактор В. Уснанов

Заведующий редакцией Е. Строганова

Ведущий редактор А. Пасечник

Литературный редактор Ф. Андреев

Художник Н. Биржакоа

Корректоры С. Беляева, С. Журавииа

Верстка Ю. Сергиенко

ББК32.988я22

УДК 681.324(03)

Кульгин М.

К90 Технологии корпоративных сетей. Энциклопедия — СПб: Издательство «Питер», 2000. — 704 с.: ил.

ISBN 5-8046-0098-2

Книга содержит наиболее полные сведения о сетевых технологиях. Положенная в основу книги методология построения корпоративной сети увязывает рассматриваемые технологии в единое целое. Даются ответы практически на все вопросы, связанные с созданием и эксплуатацией корпоративной сети. Подробно рассмотрены аспекты адресации и механизмы передачи информации, маршрутизации. Книга предназначена специалистам, но может быть использована в качестве учебного пособия студентами соответствующих специальностей.

©М. Кульгин, 1999

© Серия, оформление, Издательство «Питер», 2000

ISBN 5-8046-0098-2

Все упомянутые в данном издании товарные знаки и зарегистрированные товарные знакипринадлежат своим законным владельцам.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и ненесет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

Издательство «Питер». 196105. Санкт-Петербург, ул. Благодатная, 67. Лицензия ЛР № 066333 от 23.02.99.

Подписано в печать 18.11.99. Формат 70Х100 ^l/₁₆. Усл. п. л. 57.2. Доп. тираж 6000 экз. Заказ № 1780.

Отпечатано с фотоформ в ГПП «Печатный Двор»

Министерства РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций.

ЧАСТЬ I

ОСНОВЫ КОРПОРАТИВНЫХ СЕТЕЙ.

Базовые сетевые технологии

Каково назначение корпоративной сети? Для того чтобы ответить на этот во­прос, давайте начнем с ее названия. Слово «корпорация» означает объединение предприятий, работающих под централизованным управлением и решающих общие задачи. Корпорация является сложной, многопрофильной структурой и вследствие этого имеет распределенную иерархическую систему управления. Кроме того, предприятия, отделения и административные офисы, входящие в корпорацию, как правило, расположены на достаточном удалении друг от друга. Для централизованного управления таким объединением предприятий исполь­зуется корпоративная сеть. В ее состав могут входить магистральные сети (WAN, MAN), предназначенные для связи отделений и административных офи­сов корпорации. Обязательными компонентами корпоративной сети являются локальные сети, связанные между собой.

Сети часто условно делят на три большие категории: глобальные сети (WAN, Wide Area Network), городские сети (MAN, Metropolitan Area Network) и локаль­ные сети (LAN, Local Area Network). В нашей стране локальные сети распрост­ранены гораздо больше, чем городские или глобальные. Традиционное русское сокращение для локальных сетей — ЛВС (локальная вычислительная сеть). По­этому, как правило, мы будем использовать русскую аббревиатуру ЛВС и ан­глийские сокращения MAN и WAN. Глобальные сети позволяют организовать взаимодействие между абонентами на больших расстояниях. Эти сети работают на относительно низких скоростях и могут вносить значительные задержки в передачу информации. Протяженность глобальных сетей может составлять ты­сячи километров. Поэтому они так или иначе интегрированы с сетями масштаба страны.

Городские сети позволяют взаимодействовать на территориальных образова­ниях меньших размеров и работают на скоростях от средних до высоких. Они меньше замедляют передачу данных, чем глобальные, но не могут обеспечить взаимодействие на больших расстояниях. Протяженность городских сетей нахо­дится в пределах от десятков до сотен километров.

Локальные вычислительные сети обеспечивают наивысшую скорость обмена информацией между компьютерами. Типичная локальная сеть занимает прост­ранство в одно здание. Протяженность локальных сетей составляет около одного километра. Их основное назначение состоит в объединении пользователей для совместной работы. Такие сети организуются внутри здания, этажа или комнаты.

Механизмы передачи данных в локальных и глобальных сетях существенно отличаются. Глобальные сети ориентированы на соединение — до начала пере­дачи данных между абонентами устанавливается соединение. В локальных сетях используются методы, не требующие предварительной установки соединения — пакет с данными посылается без подтверждения готовности получателя к обмену.

В табл. 1.1 перечислены технологии, используемые в тех или иных сетях и подробно рассматриваемые ниже.

ТАБЛИЦА 1.1. Технологии и сети

Кроме разницы в скорости передачи данных, между этими категориями сетей существуют и другие отличия. В локальных сетях каждый компьютер имеет сетевой адаптер, который соединяет его со средой передачи. Городские сети со­держат активные коммутирующие устройства, а глобальные сети обычно состоят из групп мощных маршрутизаторов пакетов, объединенных каналами связи. Кроме того, сети могут быть частными или сетями общего пользования.

Основная задача корпоративной сети заключается в обеспечении передачи информации между различными приложениями, используемыми в организации. Под приложением понимается программное обеспечение, которое непосредствен­но и нужно пользователю, например, базы данных, электронная почта и т. д. Корпоративная сеть позволяет взаимодействовать приложениям, зачастую рас­положенным в географически различных областях, и обеспечивает доступ к ним удаленных пользователей. На рис. 1.1 показана обобщенная функциональная схема корпоративной сети.

Успешная работа многих организаций и компаний сегодня напрямую зависит от средств коммуникаций. Большую роль в деловой жизни стали играть Internet и мультимедиа. А успешно применять современные информационные техноло­гии позволяют только современные программные и технические средства. Очень важно сделать правильный стратегический выбор пути развития сети своего предприятия. Для этого необходимо иметь всю информацию о современных се­тевых технологиях, знать их возможности и уметь оценивать стоимость. С точки зрения стратегии развития технология ATM представляется одной из наиболее перспективных. Она, безусловно, сможет удовлетворить запросы большинства пользователей в обозримом будущем. С учетом того, что ATM не стоит на месте, а постоянно развивается, границы этого будущего отодвигаются все дальше и дальше. Только богатые функциональные возможности этой технологии поз­воляют в полной мере использовать существующую сетевую инфраструктуру. В данном случае под словом инфраструктура понимаются магистральные кана­лы связи, огромное количество локальных сетей и сетевое оборудование.

Чрезвычайно важно, что ATM вдыхает новую жизнь в старую инфраструкту­ру, привнося современные технологии. Это и услуги распределенных сетей пе­редачи данных, интеграция всех видов трафика, включая мультимедийный, и многое другое. Широкому внедрению технологии ATM способствует широчай­ший спектр предлагаемого оборудования — для построения магистрали сети, поддержки рабочих групп, доступа к глобальным и локальным сетям, сетевые адаптеры. Широкая номенклатура позволяет разработчикам гибко реагировать на все пожелания заказчиков при создании сети и решать задачу любой слож­ности — от подключения рабочей группы до создания магистрали. Однако уста­новка сети ATM достаточно дорогостоящее мероприятие. Необходимо хорошо подумать, перед тем как решиться на такой шаг. О новых технологиях стоит задумываться тогда, когда имеющиеся технические средства не справляются с поставленными задачами. Иначе «игра не стоит свеч». При этом необходимо иметь возможность выбора, а чтобы выбирать, надо знать из чего можно выбирать. Эта глава как раз призвана обрисовать контуры технологии ATM и других современных технологий передачи данных, а также возможности их совместно­го использования при построении корпоративной сети. Выбор рассматриваемых технологий не случаен: они сегодня достаточно широко используются для пост­роения корпоративных сетей, магистральных каналов связи и хорошо интег­рируются с другими технологиями. Для уяснения поставленной перед вами и вашей организацией задачи иногда достаточно даже общего представления о новых технологиях автоматизации информационных процессов. Кроме того, рассматривать альтернативные технологии просто необходимо. Они быстро раз­виваются в плане масштабируемости, предоставления требуемого качества об­служивания, интеграции служб и т. д.

Для выбора тех или иных технологий определяющей является система кри­териев. Она должна носить достаточно универсальный характер с тем, чтобы ее можно было применять в различных ситуациях. Описанный в главе 2 методоло­гический подход к построению корпоративной сети должен помочь разобраться в многообразии вариантов построения сетей и в огромном количестве нюансов, возникающих на всех стадиях создания и модернизации сети предприятия.

Учитывая бурное развитие сетей на базе стека протоколов TCP/IP и появле­ние средств его поддержки в сетях ATM, мы уделяем этому вопросу большое внимание (см. часть II «Стек протоколов TCP/IP»).

Соединения и каналы

Состояние, когда абоненты связаны друг с другом, называется установленным виртуальным соединением. Там, где по каким-либо причинам это выражение не используется, употребляются его синонимы. Выражение не подразумевает обя­зательного физического соединения.

Одним из старейших методов передачи данных является использование выделенных каналов связи. Оператор связи выделяет фиксированный канал, который постоянно доступен для передачи данных с определенной скоростью. Изначально выделенные каналы связи использовались только для осуществле­ния связи между двумя точками (то есть для связи типа точка-точка). Однако в настоящее время применение интеллектуальных устройств, таких как маршру­тизаторы, позволяет осуществлять динамическое управление полосой пропус­кания между несколькими пользователями, что необходимо при организации связи двух локальных сетей.

Каналы связи подразделяются на аналоговые и цифровые. Для передачи ком­пьютерных данных по аналоговому каналу необходим модем, который преобра­зует цифровой сигнал в аналоговый. На другой стороне канала такой же модем производит обратное преобразование. Из-за достаточно больших помех в анало­говых каналах существует вероятность искажения или потери при передаче дан­ных. По этой причине такая связь в настоящее время ограничена скоростью 33.6 Кбит/с (причем только на аналоговых каналах с высоким качеством). Напомним, что для передачи речи в основном используется диапазон частот от 300 до 3.1 КГц. До последнего времени скорость передачи данных 33.6 Кбит/с была максимальной, так как вплотную приближалась к барьеру в 35 Кбит/с, установленному законом Шеннона для стандартных телефонных каналов шири­ной 3.1 КГц. Совсем недавно четыре компании (Rockwell Semicoductor System, Lucent Technologies, U.S. Robotics и Motorola) объявили, что сумели преодолеть ограничения закона Шеннона и достигли скорости передачи данных в 56 Кбит/с, правда, только в одном направлении (от АТС к абоненту).

Учитывая такие ограничения, широко используется метод передачи оцифро­ванного сигнала по аналоговым каналам связи. Согласно этому способу данные кодируются цифровым методом и непосредственно передаются в канал. При мо­демной связи цифровые данные на входе преобразуются в аналоговый сигнал, передаваемый по каналу связи. В этом и состоит отличие двух методов. Для передачи цифрового сигнала используется канал со скоростью 64 Кбит/с, ко­торый называется DSO (Digital Signal — цифровой сигнал, нулевой уровень). На основе этого базового канала формируются другие каналы, с более высокими скоростями передачи. Путем объединения (уплотнения) 24 каналов DSO получа­ют канал DS1 со скоростью передачи 1.544 Мбит/с. Откуда берется это число? В состав каждого кадра канала DS1 входит дополнительная служебная инфор­мация (так называемые биты обрамления) для отсчета времени синхронизации, так что суммарная скорость передачи данных может быть определена следую­щим образом: 24 канала за одну секунду передают по 64 000 бита информации каждый + 8000 бит обрамления = 1.544 Мбит/с. Канал DS3 получается при уп­лотнении 28 каналов DS1; его скорость составляет 44.736 Мбит/с.

Цифровые каналы связи (Dataphone Digital Service — DDS) не требуют пре­образования цифровых сигналов в аналоговые. Оконечное оборудование таких каналов ориентировано на работу только с цифровыми сигналами. Цифровые каналы строятся на принципах плезиохронной цифровой иерархии (PDH) и синхронной цифровой иерархии (SDH). На рис. 1.2 показаны схемы построения таких каналов, принятые в разных частях света.

Основным недостатком связи по выделенной линии (по сравнению с такими технологиями, как Frame Relay или Х.25) является ограниченная коммутируе­мость. Например, если необходимо связать друг с другом пять удаленных офи­сов, то это потребует десять (4+3+2+1) выделенных линий связи. При этом динамическое выделение полосы пропускания может достигаться только при использовании мультиплексирования, а изменение настроек системы мульти­плексирования может занять от нескольких минут до нескольких часов. Невоз­можно достичь выделения требуемой полосы пропускания за несколько миллисекунд, как в случае использования Frame Relay. Однако выигрыш от ис­пользования выделенных линий не стоит недооценивать, так как оборудование для них очень широко распространено.

Технологии B-ISDN и ATM

Создание технологии B-ISDN (Broadband ISDN) — это попытка предоставить одну, универсальную, широко распространенную и высокоскоростную сеть вмес­то множества сложных неоднородных существующих сетей. Эта новая сеть долж­на, с одной стороны, выполнять все функции, возлагаемые на нынешние сети по передаче голоса, данных и телевизионных сигналов, а с другой стороны, об­ладать возможностью поддерживать будущие коммуникационные технологии. Первая работа над стандартом такой универсальной сети была начата в 1990 году, а проект стандарта получил название B-ISDN.

B-ISDN — это высокоскоростная технология, использующая ATM в качестве транспортного механизма. Она служит для объединения нескольких локальных сетей. В настоящее время технология B-ISDN привлекает к себе все большее внимание, так как она обеспечивает максимальную технико-экономическую эффективность. Это достигается за счет интеграции услуг, предоставляемых различными службами, например обычной узкополосной технологией ISDN, пере­ходом к единому обслуживанию множества видов информации, которая может быть как низкоскоростной (факсы, терминалы и т. д.), так и высокоскоростной в реальном масштабе времени (телевидение, видеотелефоны и т. д.). Необходи­мым условием развертывания широкополосных сетей с интеграцией услуг явля­ется наличие высокоскоростных и эффективных технических средств, какими сегодня являются средства ATM. Выбор в качестве транспортного средства ATM продиктован несколькими причинами:

q Технология ATM обеспечивает более гибкий доступ к среде передачи;

q Поддерживается динамическое выделение полосы пропускания по за­просу;

q Независимость от физической среды передачи.

B-ISDN и ATM — это два термина, которые иногда взаимозаменяемы. Одна­ко нельзя сказать, что B-ISDN и ATM — это одно и то же. Говоря техническим языком, B-ISDN — это набор стандартов комитета ITU, которые определяют такие вещи, как широкополосная сигнализация, передача и управление интег­рированными услугами в глобальных сетях. Стандарт B-ISDN определяет для ATM следующие интерфейсы: User-to-Network Interface (интерфейс пользователь - сеть UNI) и Network-to-Network Interface (интерфейс сеть-сеть, NNI). Затем Форум ATM и консорциум производителей оборудования для сетей ATM адаптировали и расширили стандарты B-ISDN для того, чтобы оборудование ATM могло взаимодействовать с устройствами традиционных локальных сетей.

Технология ATM была изначально разработана для глобальных сетей, но быстро адаптировалась для использования и в локальных сетях. При этом те­перь как в глобальных, так и в локальных сетях передача данных происходит с помощью установления соединений, которые производятся через высокоскорос­тные коммутирующие системы или, попросту говоря, через коммутаторы ATM. Эти коммутаторы выполняют маршрутизацию ячеек от входящих портов к вы­ходящим в реальном масштабе времени и параллельно на всех портах. Ячейки обрабатываются коммутаторами значительно быстрее и более эффективно, чем пакеты данных переменной длины. Структура ячеек такова, что коммутаторы ATM могут обрабатывать их параллельно. Так как все ячейки имеют одинако­вую длину, все блоки данных, которые ожидают передачи на входных портах коммутатора, могут быть обработаны одновременно и переданы к их выходным портам. В результате ATM может обрабатывать все имеющиеся типы трафика (голос, данные, видео) очень эффективно.

Следует отметить, что сети ATM могут быть реализованы на базе нескольких физических сред передачи. Существуют рекомендации, описывающие передачу ячеек ATM через сети SDH на скоростях 155 и 622 Мбит/с и через сети PDH (DS1, DS3 и т. д.). Не существует единой, строгой спецификации, которая опре­деляла бы, через какую физическую среду следует передавать ячейки и какие скорости при этом использовать. Кроме того, сети на базе технологии ATM могут быть приспособлены для обслуживания новых пользователей без ограни­чения пропускной способности, выделенной уже работающим пользователям. Это достигается, например, добавлением дополнительных модулей в комму­татор.

Ввиду гибкости структуры мультиплексирования и возможности интеграции функций управления и мониторинга сеть SDH позволяет создавать глобальные сети, предоставляющие высокую производительность и имеющие низкую стои­мость (по сравнению с традиционными технологиями передачи). Это означает, что SDH, скорее всего, будут лидирующей технологией для ATM в Европе и России.

Для локальных сетей Форум ATM определил интерфейсы со скоростями 25, 52 и 155 Мбит/с по неэкранированной и экранированной витой паре. Кроме того, существующие сети FDDI могут быть обновлены до использования с тех­нологией ATM. В настоящее время разработана и документирована технология эмуляции локальных сетей (LANE — LAN Emulation), которая позволяет интег­рировать существующие локальные сети с технологией ATM. Эмуляция локальной сети позволяет коммутаторам ATM эмулировать сеть Ethernet до МАС-уровня. Это означает, что существующие сетевые устройства могут подключаться напря­мую к магистрали ATM без изменений в программном обеспечении.

Есть один важный вопрос, касающийся технологии ATM и не дающий покоя менеджерам по информационным технологиям: «Как это будет работать в моей существующей сети?». Последние стандарты позволяют технологии ATM внед­ряться в локальные сети постепенно, выступая в качестве магистрали, обеспечивающей высокоскоростные каналы связи между пользователями различных рабочих групп сети.

Несмотря на то что ATM все более ассоциируется с магистральной техноло­гией в локальных сетях, ее внедрение и использование происходит не совсем гладко из-за сложностей, возникающих при интеграции ATM с существующими сетевыми технологиями, такими как Ethernet, Token Ring и FDDI. Растянув­шийся по времени процесс принятия и внедрения стандартов на технологии эмуляции локальной сети и Classical IP внес смятение в ряды пользователей, которые вроде бы уже были готовы к использованию ATM в магистралях своих сетей. Однако для пользователей решающими факторами являются скорость ATM и возможность гарантирования качества обслуживания, а также другие, не менее привлекательные, возможности.

Магистраль ATM обеспечивает большие скорости передачи данных. В качест­ве магистрали технология ATM чаще всего используется для организации связи центральных коммутаторов рабочих групп, которые способны поддерживать сотни подключений. Предоставляя достаточно большую пропускную способ­ность, ATM выступает в роли некой общей высокоскоростной коммутирующей матрицы в цепочке коммутаторов ATM. Такая магистраль способна реализовать и поддерживать большое количество виртуальных соединений между устройст­вами по алгоритму, диктуемому особенностями физического канала связи.

Если рассматривать ATM в качестве магистрали в глобальной сети, то она может использоваться для связи между отдельными городами или даже страна­ми. В глобальных сетях некоторыми крупными телекоммуникационными ком­паниями технология ATM реализована уже сегодня. Однако считается, что в ближайшем будущем эта технология получит массовое применение и в локаль­ных сетях.

Хотя технология ATM сегодня заслуженно считается перспективной в гло­бальных и локальных сетях, ее продвижение на своем пути встречает некоторые трудности. Внедрение происходит постепенно, медленными темпами, так как ее стоимость может превышать все инвестиции, сделанные организациями в сущест­вующие сети. Поэтому менеджеры по информационным технологиям начинают с использования магистральных коммутаторов ATM в существующих сетях — что, по их мнению, быстро окупается. На принятие решения об использовании ATM также влияют характер и объем передаваемого трафика. На сегодняшний день не существует более практичной и эффективной технологии, способной поддерживать напряженный мультимедийный трафик.

Вряд ли сегодня ведущие менеджеры по сетевым технологиям захотят давать твердые гарантии на бесспорную и полную интеграцию ATM во все сети с существующими технологиями и приложениями. Появление ATM на рабочем месте пользователя произойдет только тогда, когда приложения будут требовать более скоростной транспортной службы.

Технология Frame Relay

Как и многие другие средства связи, Fraine Relay появилась в исследователь­ском подразделении Bell Labs компании AT&T. В 1988 году протокол Frame Relay был включен в стандарт ISDN в качестве рекомендации I.122 и утвержден подкомитетом по стандартам Международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии (CCITT). К моменту появления окончательного вари­анта стандарта на технологию ISDN рекомендация I.122 превратилась в незави­симый протокол со своей областью применения.

Эта технология разрабатывалась с учетом высокоскоростной передачи дан­ных и низкого уровня ошибок современных сетевых средств. Первые сети с ком­мутацией пакетов были рассчитаны на скорость передачи 64 Кбит/с, в то время как сети Frame Relay предназначались для работы с гораздо большими скорос­тями. Достичь повышения скоростей передачи помогло исключение накладных расходов, которые неизбежны при контроле ошибок.

Накладные расходы при пакетной коммутации вызываются контролем вызо­вов, поиском ошибок и контролем за потоками. В технологии Х.25 пакеты управления вызовами, используемые для установления и разрыва виртуальных соединений, передаются по тому же самому соединению, что и пакеты данных. Фактически, вся передача сигналов осуществляется по основному каналу (так называемая in-band передача).

Во Frame Relay передача сигналов контроля вызова осуществляется по вир­туальному соединению, отличному от используемого для передачи пользова­тельских данных. В пользовательском интерфейсе один канал управления соединением служит для контроля за всеми коммутируемыми соединениями пе­редачи данных. Так как в настоящее время провайдеры услуг Frame Relay пред­лагают, в большинстве своем, только постоянные виртуальные соединения, то промежуточным коммутирующим узлам нет необходимости поддерживать таб­лицы состояний или обрабатывать управляющие вызовы для каждого соедине­ния в отдельности.

Наиболее очевидно преимущество Frame Relay над Х.25 в управлении по­токами и контролем за ошибками. Технология Х.25 использует физический, канальный и сетевой уровни, что соответствует трем нижним уровням эталон­ной модели OSI. На канальном уровне осуществляется контроль за ошибками в транзитных узлах сети с коммутацией пакетов. При этом каждому узлу присва­ивается порядковый номер. После проведения контроля, одновременно с пе­редачей данных на следующий узел, предыдущему передается подтверждение приема. На сетевом уровне происходит мультиплексирование нескольких пото­ков данных разных виртуальных соединений в единый поток к пользователю. Для этого каждый передаваемый кадр имеет свой номер виртуального соеди­нения, который используется для маршрутизации и коммутации трафика. Управление потоком и контроль ошибок на всем пути следования пакетов от отправителя до получателя осуществляется при помощи схемы нумерации сете­вого уровня.

Основное отличие между технологиями Frame Relay и Х.25 состоит имен­но в механизме коррекции ошибок. Так как технология Х.25 разрабатыва­лась более 20 лет назад для передачи данных через аналоговые каналы связи, которые характеризовались плохим качеством, то требовались различные ме­ханизмы коррекции ошибок и алгоритмы повторной передачи потерянных дан­ных.

В соединениях Frame Relay мультиплексирование осуществляется на каналь­ном уровне модели OSI, а контроль ошибок и управление потоком вовсе от­сутствуют. Каждый кадр канального уровня содержит номер логического соединения, который используется для маршрутизации и коммутации трафика. Порядковые номера для управления потоком и контроля ошибок не использу­ются. При этом контроль за правильностью передачи данных от отправителя получателю должен осуществляться на более высоком уровне модели OSI.

Как и технология Х.25, Frame Relay выполняет статическое мультиплексиро­вание передаваемых кадров с данными от различных отправителей и направляет их через один канал связи. При этом могут поддерживаться скорости передачи между 56 Кбит/с и 45 Мбит/с (в то время как скорость сети Х.25 составляет 56 или 64 Кбит/с). Другой возможностью, унаследованной от технологии Х.25, яв­ляется механизм передачи, ориентированный на предварительное установление виртуального соединения между взаимодействующими абонентами.

Структура кадра передачи данных в технологии Frame Relay достаточно про­ста (рис. 1.3). Данные помещаются между полем, называемым DLCI (Data Link Connection Identifier, идентификатор связи с источником данных), которое может занимать от двух до четырех байт, и полем контрольной суммы в конце кадра, призванного обнаруживать любые битовые ошибки. Числовое значение, записанное в поле DLCI служит для идентификации виртуального соединения между абонентами. В одном кадре может быть передано до 8000 байтов пользо­вательских данных.

Причиной того, что технология Frame Relay столь стремительно занимает нишу локальных сетей, является ее экономическая эффективность. Frame Relay не требует построения новой коммуникационной инфраструктуры. Обычно все, что требуется, — это программное обновление существующих маршрутизиру­ющих систем или незначительная модернизация программно-аппаратного обес­печения систем коммутации кадров Х.25.

Технология Frame Relay имеет много общего с ATM. Основное различие между ними на уровне организации блоков информации состоит в том, что в первой длина кадров переменна, а во второй — постоянна и равна 53 байтам. Большинство современных сетей Frame Relay рассчитаны на максимальную длину кадра 1024 байта, из которых от 6 до 8 байт занимают служебные данные.

Большой вклад в рост популярности технологии Frame Relay внесла возмож­ность передачи голосовой информации. Для этого были разработаны голосовые маршрутизаторы (мультиплексоры) и платы расширения FRAD (Frame Relay Access Device — устройство доступа к сети Frame Relay). До появления нового поколения этих устройств качество передачи речи оставляло желать лучшего — наблюдались большие задержки, эхо и т. д. Голосовой маршрутизатор реализует постоянные виртуальные соединения, что приводит к упрощению процедуры установления связи. Эти устройства обычно имеют модульную конструкцию, что позволяет при необходимости нарастить его функциональность. При передаче голоса через сеть Frame Relay голосовому трафику присваивается наивысший приоритет, и время доставки информации снижается за счет переупорядочения очередей пакетов в устройствах доступа к сети. При этом считается, что между двумя голосовыми пакетами в очереди на передачу могут находиться не более двух пакетов данных. Данные разбиваются на короткие кадры так, чтобы время на передачу одного кадра составляло от 5 до 10 мс. Применяются специальные методы подавления пауз в разговоре и компрессии голосового сигнала. При­влекательность технологии Frame Relay еще более возрастет при реализации коммутируемых, а не постоянных виртуальных соединений. При этом голос и данные можно будет передавать между двумя заранее не определенными точ­ками.

Поскольку можно передавать как короткие, так и очень большие кадры, существует вероятность того, что большие кадры вызовут большую задержку между передачей двух коротких кадров. Однако несмотря на это обстоятельство, следующие несколько лет технология Frame Relay будет играть важную роль в локальных сетях, хотя ее использование для типичных широкополосных служб с изменяющимся профилем трафика ограничено.

У технологии Frame Relay остаются два серьезных недостатка, относящиеся к управлению потоками данных и созданию коммутируемых виртуальных кана­лов. Без устранения первого из них неизбежна потеря некоторых кадров и в этом случае требуется их повторная передача, вызывающая перегрузку сети. Если граничный маршрутизатор локальной сети не поддерживает какой-либо протокол контроля за трафиком, то он может направить слишком много данных в некоторый узел, что приведет к их потере в образовавшемся заторе.

Одним из главных достоинств сети Frame Relay является ее надежность. Бла­годаря использованию постоянных виртуальных соединений при возникновении обрыва канала связи автоматически производится изменение маршрута, и дан­ные немедленно направляются по другому пути. Эта технология имеет много привлекательных сторон: достаточно дешевые и простые средства управления, возможность передачи голоса, предоставление гарантированного качества обслу­живания как по времени задержки, так и по скорости передачи данных. С повы­шением скорости до 44.736 Мбит/с эта технология способна соревноваться с ATM, будучи при этом дешевле.

Технология ISDN

Аббревиатура ISDN расшифровывается как цифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network). Концепция ISDN была разработана в 70-х годах компанией Bellcore, а сама технология стандартизована CCITT в 1984 году. Разработка ISDN была первой попыткой создать технологию с возможностью одновременной передачи голоса и данных. Она базируется на пользовательских каналах со скоростью 64 Кбит/с (так называемых В-каналах) и на отдельном служебном канале (0-канале).1 С использованием комбинаций этих каналов можно реализовать интерфейсы ISDN в трех вариантах: как основное соедине­ние с рабочей скоростью передачи 128 Кбит/с (два В-канала и один D-канал), которое поддерживает интерфейс BRI; как первичное соединение с рабочей ско­ростью 1536 Кбит/с, которое используется в Северной Америке (двадцать три В-канала и один D-канал); или с рабочей скоростью 1920 Кбит/с, используе­мое в Европе и поддерживающее интерфейс PRI (тридцать В-каналов и один D-канал).

Основная идея, заложенная в технологию ISND, состоит в том, что различные устройства, например, телефоны, компьютеры, факсы и т. д., могут одновремен­но передавать и принимать цифровые сигналы после установления коммутиру­емого соединения с удаленным абонентом.

Цифровые сети с интеграцией услуг ISDN можно использовать при передаче данных, для объединения удаленных локальных сетей, для доступа к сети Inter­net и для различных видов трафика, в том числе мультимедийного. Оконечными устройствами в сети ISDN могут быть: цифровой телефонный аппарат, компь­ютер с ISDN-адаптером, файловый сервер и т. д. В интерфейсе BRI каждому устройству выделяется свой индивидуальный номер. Интерфейс PRI использу­ется при более высоких скоростях для передачи больших массивов информации. Например, этот интерфейс может использоваться для подключения учережденческой АТС к цифровой телефонной сети.

Для расширения возможностей ISDN комитетом CCITT была разработана и стандартизована система общей канальной сигнализации № 7, которая состоит из двух подсистем:

q МТР (Message Transfer Part, подсистема передачи сообщений) — осу­ществляет передачу сообщений сигнализации, обнаружения и исправле­ния ошибок;

q UP (User Part, подсистема пользователя) — отвечает за поддержку поль­зователей и включает в себя части, отвечающие за сеть и телефонию.

Основные достоинства технологии ISDN сводятся к следующему. Эта техно­логия повышает, по сравнению с традиционными модемами, скорость обмена данными по обычной телефонной сети. ISDN позволяет организовывать одно­временно несколько цифровых каналов через один телефонный провод. С по­мощью протоколов объединения каналов базовый интерфейс обмена позволяет достичь скорости передачи данных 128 Кбит/с. Кроме того, время от отправки запроса до установления связи для ISDN в несколько раз меньше. При исполь­зовании ISDN информацию от нескольких отправителей можно комбинировать для передачи по одному каналу, причем ISDN предоставляет единый интерфейс для всех отправителей.

Одним из недостатков технологии ISDN с точки зрения передачи данных является скоростной предел в 1920 Кбит/с и синхронная структура каналов передачи, что не позволяет осуществлять динамическое выделение требуемой пропускной способности. Кроме того, существуют проблемы совместимости оборудования от различных производителей, а для проведения модернизации или развертывания новой сети требуются значительные капиталовложения.

Развитие ISDN и ее внедрение на пользовательский рынок имело скач­кообразный характер. В начальный период развития было внедрено большое количество различных типов устройств ISDN, разработанных крупными теле­коммуникационными компаниями. Зачастую отдельные разработки были не совместимы друг с другом. В 80-х годах данная технология из-за проблем сов­местимости и дороговизны оборудования развивалась очень медленными темпа­ми. Однако в начале 90-х годов интерес к ней вновь значительно повысился.

Плезиохронная и синхронная цифровые иерархии

Плезиохронная цифровая иерархия (Plesiochronous Digital Hierarchy; PDH) была разработана около 40 лет назад в лаборатории Bell Labs и предназначалась для передачи голосовой информации через каналы связи. Разработчики рассчи­тывали получить значительное повышение эффективности связи в городах. Как видно из названия, при использовании этой технологии формируется иерархия из цифровых каналов (Digital Stream, DS), каждому из которых назначен уро­вень и номер. Цифровые потоки с меньшими номерами мультиплексируются в потоки с большими номерами с определенным сдвигом частоты.