Сети с установлением соединения

Сетевые технологии, ориентированные на установление соединения, работают совершенно по-другому. Такие сети базируются на концепции выделенного ка­нала между сетевыми устройствами.

В сетевых технологиях, ориентированных на установление соединения, пере­дача и получение данных зависят от сети, устанавливающей соединение между двумя устройствами. Получатель сможет принимать данные от отправителя только в том случае, если он удовлетворяет требованиям, предъявляемым по­следним. Отправитель никогда не будет посылать данные абоненту, который не доступен в настоящий момент времени. Если получатель не может принимать данные по какой-либо причине, то отправитель информируется о том, что соеди­нение не может быть установлено.

Сети с установлением соединения формируются на основе коммутируемых каналов между устройствами. Но нельзя говорить о том, что это сети с комму­тацией каналов. В ATM соединение создается коммутацией или последователь­ным соединением отрезков каналов между коммутаторами. А сама передача ячеек производится методом коммутации. Однако коммутаторы в сетях с уста­новлением соединения используются для создания и управления выделенным соединением и для ретрансляции данных.

Когда отправитель намеревается передавать данные, он должен сначала по­слать запрос на создание соединения. Процесс передачи данных начнется только тогда, когда отправитель будет извещен о том, что получатель готов их при­нимать.

При создании выделенного соединения отправитель может потребовать от сети предоставления ему определенных качественных характеристик, связан­ных с этим соединением. Этими характеристиками могут быть как пропускная способность, так и различные параметры качества обслуживания. Если отпра­витель требует поддержания постоянной пропускной способности, например, в 20 Мбит/с, определенной задержки и надежности, то сеть гарантирует, что все указанные характеристики будут обеспечены. Если сеть не может это гарантиро­вать, она не позволит установить соединение.

Так как соединение устанавливается только между двумя абонентами, боль­ше не требуется такого количества контрольной информации, которое необходи­мо закладывать в каждый кадр в сети без установления соединения. Хотя сети с установлением соединения при установлении соединения могут потребовать пе­редачи сравнительно большого объема информации, описывающей параметры требуемого соединения, после того как соединение установлено, передаваемая служебная информация минимальна. Например, в сетях ATM данные переда­ются в ячейках с 5 байтами служебной информации. Это гораздо меньше, чем 18 байтов в Ethernet.

После того как соединение создано, передача данных может продолжаться до­статочно большой промежуток времени. При этом использование соединения зна­чительно сокращает время, требуемое для передачи данных (даже при прочих равных обстоятельствах). Уменьшение накладных расходов и устранение традици­онных сетевых задержек при прохождении данных через все устройства в сети де­лают обмен в сетях с установлением соединения более простым и быстрым.

В сети ATM все конечные станции подключаются непосредственно к портам коммутатора. Когда одно устройство запрашивает соединение с другим, комму­таторы, к которым они подключены, устанавливают это соединение. При этом коммутаторы определяют оптимальный маршрут передачи данных. В традици­онных сетях эта функция возложена на маршрутизаторы. Когда же соединение установлено, коммутаторы начинают функционировать как мосты, просто пере­сылая пакеты. Однако такие коммутаторы отличает от мостов один важный мо­мент: если мост отправляет пакеты по всем доступным адресам, то коммутатор пересылает ячейки только следующему узлу на заранее выбранном маршруте.

По аналогии с сетью ATM сеть Ethernet может быть построена таким обра­зом, что все рабочие станции также будут подключены непосредственно к ком­мутатору. В такой конфигурации коммутация в Ethernet становится похожей на коммутацию в сети ATM, так как каждое устройство получает прямой доступ к порту коммутатора. Однако технология коммутации в сети ATM имеет несколь­ко существенных отличий от коммутации в Ethernet. Так как каждое устройство в сети ATM имеет непосредственный доступ к порту коммутатора, то отпада­ет необходимость в дополнительных схемах, определяющих приоритет доступа. Коммутаторы ATM устанавливают соединение между отправителем и получате­лем, а коммутаторы Ethernet — нет. Более того, коммутаторы ATM осуществля­ют как бы надзор за проходящим трафиком, передавая ячейки только после их анализа. Для быстрой пересылки всех поступающих ячеек коммутаторы оснаща­ются сверхбыстродействующей коммутационной матрицей. Кроме того, пропуск­ная способность портов также достаточно велика.

В табл. 11.1 технологии классифицируются по принципу установления со­единения.

Таблица 11.1. Классификация технологий по принципу установления соединения

Виртуальные соединения в сетях ATM

Виртуальное соединение — это некий логический (виртуальный) канал связи между двумя устройствами в сети ATM. Оно может существовать между комму­татором и конечной станцией, между двумя конечными станциями или между двумя коммутаторами. Виртуальные соединения идентифицируются специаль­ным числовым кодом, присваиваемым соединениям коммутаторами, участвую­щими в процессе установления соединения.

Виртуальные соединения существуют не вечно. Они создаются и разрываются коммутаторами по мере необходимости. При своем создании любое виртуальное соединение получает набор уникальных идентификаторов. Одним из основных достоинств виртуальных соединений является их гибкость — они легко добавля­ются, удаляются и изменяются, что очень трудно сделать с физическим каналом. Еще одним очень ценным качеством виртуальных соединений является возмож­ность динамического распределения трафика по нескольким виртуальным соединениям. Понятно, что такой способ приводит к более эффективному использованию каналов связи, чем это происходит при статическом распределе­нии, например, на выделенных каналах связи. Кроме того, виртуальные соедине­ния обладают способностью к расширению для удовлетворения специальных запросов приложений. Это позволяет сети справляться с пиками трафика. При этом может быть использована оставшаяся полоса пропускания, если существу­ют запросы на открытие других активных соединений.

Типы виртуальных соединений

Как уже было отмечено, конечные устройства в сетях ATM передают данные друг другу через предварительно установленные соединения. Эти логические соединения из конца в конец могут функционировать постоянно или создавать­ся при необходимости. Например, начальник отдела может сообщить админист­ратору сети, какие конечные станции должны активно взаимодействовать, и тот установит постоянное соединение между ними.

В технологии ATM используются два типа соединений: постоянное вирту­альное соединение (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемое виртуальное соединение (Switched Virtual Circuit, SVC). Соединение каждого типа предостав­ляет различные сервисные и конфигурационные возможности.

Постоянные виртуальные соединения, как правило, устанавливаются вручную и остаются активными довольно долго. В случае появления сбоев или ошибок постоянные виртуальные соединения могут автоматически восстанавливаться, так как были указаны параметры соединения. С другой стороны, коммутируе­мые виртуальные соединения создаются (по мере возникновения необходимос­ти) в реальном масштабе времени по протоколам сигнализации. Коммутируемое соединение остается активным до тех пор, пока есть данные для передачи по нему. По окончании передачи коммутируемое виртуальное соединение должно быть закрыто. Оно может также автоматически завершаться через указанный промежуток времени.

Постоянно виртуальное соединение устанавливается один раз и поддержива­ется до тех пор, пока в нем существует необходимость. Такое соединение часто применяется, когда известно, что два устройства будут постоянно (или достаточ­но часто) интенсивно обмениваться данными между собой. Настройка постоян­ных виртуальных соединений в больших сетях может занять много времени, но в этом случае администратор получает полный контроль над таким соединением и ему не нужно повторно выставлять однажды введенные параметры. После установления постоянного виртуального соединения для него резервируется определенная часть полосы пропускания сети, так что абонентам не требуется больше выполнять процедуры установления или завершения соединения. При использовании таких соединений повышается управляемость сети, так как сете­вой администратор может самостоятельно выбирать путь, по которому будут передаваться данные.

Коммутируемые виртуальные соединения устанавливаются на определенный период времени, используются для передачи необходимых данных, а затем закрываются. Эти соединения устанавливаются автоматически по мере воз­никновении необходимости и закрываются после того, как передача данных от пользователя, инициировавшего соединение, завершена. В отличие от постоян­ных виртуальных соединений, которые устанавливаются вручную, коммути­руемые соединения устанавливаются автоматически самой сетью ATM. Когда абонент отправляет запрос на установление соединения, сеть ATM распрост­раняет адресные таблицы и сообщает ему, какие значения полей VCI и VPI (см. ниже) должны быть включены в заголовки ячеек с его данными.

К достоинствам коммутируемого виртуального соединения можно отнести: гибкость управления сетью, экономное расходование сетевых ресурсов, возмож­ность организации взаимодействия между любыми объектами, расположенными на любых расстояниях и принадлежащих разным организациям.

Постоянные виртуальные соединения имеют следующее преимущество над коммутируемыми. В сети, в которой пользуются коммутируемыми соединения­ми, часть времени тратится непосредственно на установление соединений. По­стоянные же соединения устанавливаются заранее.

К достоинствам коммутируемых соединений можно отнести следующие:

1. Важной характеристикой коммутаторов ATM является количество соеди­нений, устанавливаемых и завершаемых за одну секунду. Исследования, проведенные организацией Tolly Group, показали, что все коммутаторы можно разбить на три категории: с числом соединений в секунду менее 30, от 88 до 126 и более 300. Чем больше значение этого показателя, тем лучше и быстрее работает сеть ATM. Так как коммутируемые виртуаль­ные соединения устанавливаются и завершаются быстрее, чем постоян­ные, то принципы работы таких сетей приближаются к работе сетей без установления соединений. Это оказывается определяющим в том случае, если в сети используются приложения, которые не могут работать в сети с установлением соединений (например, широковещательное видео без использования специальных механизмов).

2. Коммутируемые виртуальные соединения используют полосу пропуска­ния сети только тогда, когда это необходимо, в то время как постоянные соединения удерживают ее постоянно.

3. Коммутируемые виртуальные соединения требуют меньшего внимания администратора сети (так как они устанавливаются автоматически, а не вручную).

4. Коммутируемые виртуальные соединения обеспечивают высокую защи­щенность всей сети от сбоев и отказов, так как в случае выхода из строя одного или нескольких поддерживающих такое соединение коммутаторов, другие коммутаторы смогут выбрать и установить обходной путь.

5. Благодаря механизму коммутируемых виртуальных соединений взаимодей­ствие между удаленными устройствами происходит существенно проще. Эти соединения могут использоваться для работы с приложениями, кото­рые не требуют постоянной загрузки сети (например, для электронной почты). Такие соединения могут рассматриваться в качестве основных при взаимодействии корпоративных сетей разных организаций.

6. Наконец, на основе коммутируемых виртуальных соединений работают такие основные технологии ATM, как LANE, классический IP и МРОА.