Бабич А.В. Оргранизация информационных сетей: Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

под управлением информации, предоставляемой системой сигнали-

зации. Магистральные линии связи между телефонными станциями

должны обеспечивать возможность одновременной передачи боль-

шого количества информации (поддерживать большое количество

соединений).

Выделять для каждого соединения отдельную магистральную

линию нецелесообразно, и для более эффективного использования

физических линий применяют:

метод частотного уплотнения каналов; x

цифровые каналы и мультиплексирование цифровых потоков от x

множества абонентов.

Метод частотного уплотнения каналов (FDM — Frequency

Division Multiplexing). В этом случае по одному кабелю переда-

ется множество каналов, в которых низкочастотный голосовой сиг-

нал модулирует сигнал высокочастотного генератора. Каждый канал

имеет собственный генератор, и частоты этих генераторов разнесены

друг от друга настолько, чтобы передавать сигналы в полосе до 3,1 кГц

с нормальным уровнем разделения друг от друга.

Применение цифровых каналов для магистральных передач

Для этого аналоговый сигнал от абонентской линии на телефон-

ной станции оцифровывается и далее в цифровом виде доставляется

на телефонную станцию адресата. Там он обратно преобразовывает-

ся и передается в аналоговую абонентскую линию.

Для обеспечения двусторонней связи на телефонной станции каж-

дое окончание абонентской линии имеет пару преобразователей —

АЦП (аналого-цифровой) и ЦАП (цифро-аналоговый). Для голосо-

вой связи со стандартной полосой пропускания (3,1 кГц) принята

частота квантования 8 кГц. Приемлемый динамический диапазон

(отношение максимального сигнала к минимальному) обеспечивает-

ся при 8-битном преобразовании.

Итого получается, что каждый телефонный канал требует скоро-

сти передачи данных в 64 кбит/с (8 бит х 8 кГц). Часто для пере-

дачи сигнала ограничиваются и 7-битными отсчетами, а восьмой

(младший) бит используется для целей сигнализации. В таком слу-

чае чисто голосовой поток сокращается до 56 кбит/с.

Для эффективного использования линий магистрали цифровые

потоки от множества абонентов на телефонных станциях мульти-

плексируются в каналы различной емкости, соединяющие телефон-

ные станции между собой. На другом конце канала производится

демультиплексирование — выделение требуемого потока из канала.

Мультиплексирование и демультиплексирование, естественно,

производятся на обоих концах одновременно, поскольку телефонная

связь двусторонняя. Мультиплексирование осуществляется с помо-

щью разделения во времени (TDM — Time Division Multiplexing).

В магистральном канале информация организована в виде непре-

рывной последовательности кадров. Каждому абонентскому каналу

в каждом кадре отводится интервал времени, в течение которого

передаются данные этого канала. Таким образом, в современных

аналоговых телефонных линиях по абонентской линии связи пере-

даются аналоговые сигналы, а в магистральных линиях — цифровые

сигналы.

Телефонные сети общего пользования, кроме передачи голоса,

позволяют передавать цифровые данные при помощи модемов. Мо-

дем (модулятор-демодулятор) служит для передачи данных на боль-

шие расстояния с использованием выделенных и коммутируемых

телефонных линий. Модулятор поступающую от компьютера двоич-

ную информацию преобразует в аналоговые сигналы с частотной

или фазовой модуляцией, спектр которых соответствует полосе про-

пускания обычных голосовых телефонных линий. Демодулятор из

этого сигнала извлекает закодированную двоичную информацию и

передает ее в принимающий компьютер.

Факс-модем (fax-modem) позволяет передавать и принимать фак-

симильные изображения, совместимые с обычными факс-машинами.

Выделенные физические линии имеют полосу пропускания го-

раздо более широкую, чем коммутируемые. Для них выпускаются

специальные модемы, обеспечивающие передачу данных со скоро-

стями до 2048 кбит/с и на значительные расстояния.

Технологии xDSL основаны на превращении абонентской линии

обычной телефонной сети из аналоговой в цифровую xDSL (Digital

Subscriber Line). Суть данной технологии заключается в том, что на

обоих концах абонентской линии — на АТС и у абонента — уста-

навливаются разделительные фильтры (splitter). Низкочастотная (до

3,5 кГц) составляющая сигнала заводится на обычное телефонное

оборудование (порт АТС и телефонный аппарат у абонента), а высо-

кочастотная (выше 4 кГц) используется для передачи данных с по-

мощью xDSL-модемов.

Технологии xDSL позволяют одновременно использовать одну и

ту же телефонную линию и для передачи данных, и для передачи

голоса (телефонных переговоров), чего не позволяют обычные моде-

мы для коммутируемых линий.

§4. Цифровые сети с интегральными услугами IsDN

Технология ISDN появилась в 1984 году. Цифровая сеть с интегри-

рованными услугами (ISDN — Integrated Services Digital Network) —

система, в которой по телефонным каналам передаются только циф-

ровые сигналы, в том числе и по абонентским линиям, то есть

конечный абонент передает данные непосредственно в цифровой

форме. ISDN позволяет объединить передачу голоса, данных и изо-

бражения. Интеграция разнородных трафиков ISDN выполняется,

используя способ временного разделения (TDM — Time Division

Multiplexing). ISDN использует цифровые каналы в режиме комму-

тации каналов.

Цифровые сети с интеграцией услуг ISDN можно использовать

при передаче голоса и данных, для объединения удаленных ЛВС,

для доступа к сети Internet и для различных видов трафика, в том

числе мультимедийного. Оконечными устройствами в сети ISDN мо-

гут быть: цифровой телефонный аппарат, компьютер с ISDN-

адаптером, видео- и аудиооборудование. Суть технологии ISDN со-

стоит в том, что различные устройства, например, телефоны,

компьютеры, факсы и другие устройства могут одновременно пере-

давать и принимать цифровые сигналы после установления комму-

тируемого соединения с удаленным абонентом.

Основное назначение ISDN — передача данных со скоростью до

64 кбит/с по 4-килогерцовой проводной линии и обеспечение инте-

грированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс и пр.).

Использование для этой цели телефонных проводов имеет два пре-

имущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи

питания на терминальное оборудование.

Выбор 64 кбит/c стандарта определяется следующими сообра-

жениями. При полосе частот 4 кГц, согласно теореме Котельникова,

частота дискретизации должна быть не ниже 8 кГц. Минимальное

число двоичных разрядов для представления результатов стробиро-

вания голосового сигнала при условии логарифмического преобразо-

вания равна 8. Таким образом, в результате перемножения этих чи-

сел и получается значение полосы B-канала ISDN. Базовая конфи-

гурация каналов имеет вид 2 Ч B + D = 2 Ч 64 + 16 = 144 кбит/с.

Помимо B-каналов и вспомогательного D-канала ISDN может пред-

ложить и другие каналы с большей пропускной способностью: канал

Н10 с полосой 384 кбит/с, Н11 — 1536 и Н12 — 1920 кбит/c (ре-

альные скорости цифрового потока). Для первичных каналов (1544 и

2048 кбит/с) полоса D-канала может составлять 64 кбит/с.

Интерфейс базового уровня BRI (англ. Basic Rate Interface) —

обеспечивает пользователю предоставление двух цифровых каналов

(ОЦК) по 64 кбит/с (канал B) и однополосный канал сигнализации

D со скоростью передачи данных 16 кбит/с. Таким образом, макси-

мальная скорость передачи в интерфейсе BRI (2B+D) составляет

Rbmax=128+16=144 кбит/с.

Интерфейс первичного уровня (англ. Primary Rate Interface,

PRI) — стандартный интерфейс сети ISDN, определяющий дисци-

плину подключения станций ISDN к широкополосным магистралям,

связывающим местные и центральные АТС или сетевые коммутато-

ры. Интерфейс первичного уровня объединяет 23 В-канала и один

D-канал для стандарта Т1 (23B + D=24*64=1536[kBit/s]) или 30

В-каналов для голоса или данных, один D-канал для сигнализации

и один Н-канал для служебных данных стандарта E1 (30B + D +

Н=32*64=2048[kBit/s]).

§5. Сети X.25

Сети Х.25 являлись первой сетью с коммутацией пакетов и были

самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, исполь-

зуемыми для построения корпоративных сетей. Сети Х.25 разработа-

ны для линий низкого качества с высоким уровнем помех (для ана-

логовых телефонных линий) и обеспечивают передачу данных со

скоростью до 64 Кбит/с. Х.25 хорошо работает на линиях связи

низкого качества благодаря применению протоколов подтверждения

установления соединений и коррекции ошибок на канальном и сете-

вом уровнях.

§6. Сети Frame Relay (FR)

Frame relay (англ. «ретрансляция кадров», FR) — протокол

канального уровня сетевой модели OSI. Служба коммутации паке-

тов Frame Relay в настоящее время широко распространена во всем

мире. Максимальная скорость, допускаемая протоколом FR — 34.368

мегабит/с. (каналы E3).

Frame Relay был создан в начале 1990-х в качестве замены про-

токолу X.25 для быстрых надежных каналов связи, технология FR

архитектурно основывалась на X.25 и во многом сходна с этим про-

токолом, однако в отличие от X.25, рассчитанного на линии с до-

статочно высокой частотой ошибок, FR изначально ориентировался

на физические линии с низкой частотой ошибок, и поэтому большая

часть механизмов коррекции ошибок X.25 в состав стандарта FR не

вошла. В разработке спецификации принимали участие многие орга-

низации; многочисленные поставщики поддерживают каждую из су-

ществующих реализаций, производя соответствующее аппаратное и

программное обеспечение.

Frame relay обеспечивает множество независимых виртуальных

каналов (Permanent Virtual Circuits, PVC) в одной линии связи,

идентифицируемых в FR-сети по идентификаторам подключения к

соединению (Data Link Connection Identifier, DLCI), но не имеет

средств коррекции и восстановления. Вместо средств управления по-

током включает функции извещения о перегрузках в сети. Возможно

назначение минимальной гарантированной скорости (CIR) для каж-

дого виртуального канала.

В основном FR применяется при построении территориально рас-

пределенных корпоративных сетей, а также в составе решений, свя-

занных с обеспечением гарантированной пропускной способности

канала передачи данных (VoIP, видеоконференции и т. п.).

§7. технология ATM — технология передачи ячеек

Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous

Transfer Mode, ATM) — технология передачи данных является одной

из перспективных технологий построения высокоскоростных сетей

(от локальных до глобальных). Технология ATM разрабатывалась

для передачи всех видов трафика, то есть передачи разнородного тра-

фика (цифровых, голосовых и мультимедийных данных) по одним и

тем же системам и линиям связи. Скорость передачи данных в маги-

стралях ATM составляет 155 Мбит/с — 2200 Мбит/с. ATM поддер-

живает физический и канальный уровни OSI. Технология ATM ис-

пользует для передачи данных технику виртуальных соединений

(коммутируемых и постоянных).

В технологии ATM информация передается в ячейках (cell) фик-

сированного размера в 53 байта, из них 48 байт предназначены для

данных, а 5 байт — для служебной информации (для заголовка

ячейки ATM). Ячейки не содержат адресной информации и кон-

трольной суммы данных, что ускоряет их обработку и коммутацию.

20-байтовыми адресами приемник и передатчик обмениваются

только в момент установления виртуального соединения. Основная

функция заголовка сводится к идентификации виртуального соеди-

нения. В процессе передачи информации ячейки пересылаются меж-

ду узлами через сеть коммутаторов, соединенных между собой циф-

ровыми линиями связи. В отличие от маршрутизаторов коммутаторы

АТМ выполняют свои функции аппаратно, что ускоряет чтение

идентификатора в заголовке ячейки, после чего коммутатор пере-

правляет ее из одного порта в другой.

Малый размер ячеек обеспечивает передачу трафика, чувствитель-

ного к задержкам. Фиксированный формат ячейки упрощает ее обра-

ботку коммуникационным оборудованием, которое аппаратно реализу-

ет функции коммутации ячеек. Именно сочетание фиксированного

размера ячеек для передачи данных и реализация протоколов ATM в

аппаратном обеспечении дает этой технологии возможность передавать

все типы трафика по одним и тем же системам и линиям связи.

Физический уровень аналогично физическому уровню OSI опре-

деляет способы передачи в зависимости от среды. Стандарты ATM

для физического уровня устанавливают, каким образом биты долж-

ны проходить через среду передачи, и как биты преобразовывать в

ячейки. На физическом уровне ATM используют цифровые каналы

передачи данных, с различными протоколами, а в качестве линий

связи используются кабели «витая пара», экранированная «витая

пара», оптоволоконный кабель.

Канальный уровень ATM отвечает за передачу ячеек через сеть

ATM, используя информацию их заголовков. Заголовок содержит

идентификатор виртуального канала, который назначается соедине-

нию при его установлении и удаляется при разрыве соединения.

Идентификатор позволяет маршрутизировать ячейку для доставки в

путь назначения, то есть коммутация ячеек происходит на основе

идентификатора виртуального пути и идентификатора виртуального

канала, определяющих виртуальное соединение. Несколько вирту-

альных каналов составляют виртуальный путь.

Виртуальный канал является соединением, установленным между

двумя конечными узлами на время их взаимодействия, а виртуальный

путь — это путь между двумя коммутаторами. При создании вирту-

ального канала коммутаторы определяют, какой виртуальный путь

использовать для достижения пункта назначения. По одному и тому

же виртуальному пути может передаваться одновременно трафик

множества виртуальных каналов.

Преимущества:

Обеспечение высокой скорости передачи информации. x

АТМ устраняет различия между локальными и глобальными се- x

тями, превращая их в единую интегрированную сеть.

Стандарты АТМ обеспечивают передачу разнородного трафика x

(цифровых, голосовых и мультимедийных данных) по одним и

тем же системам и линиям связи.

Недостатки:

Высокая стоимость оборудования, поэтому технологии АТМ тор- x

мозится наличием более дешевых технологий.

Высокие требования к качеству линий передачи данных. x

§8. Модель построения глобальных сетей

Классическим на сегодня подходом к построению глобальных

сетей является функциональная декомпозиция на уровни: ядро или

опорная сеть (магистраль), уровень распределения/агрегации, уро-

вень доступа (клиентский доступ) (рис. 19).

Рис. 19. Модель построения глобальных сетей

Резюме

Глобальная вычислительная сеть представляет собой компьютер-

ную сеть, охватывающую большие территории и включающую в себя

десятки и сотни тысяч компьютеров.

WAN служат для объединения разрозненных сетей так, чтобы

пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаи-

модействовать со всеми остальными участниками глобальной сети.

Лучшим примером WAN является Интернет.

Некоторые WAN построены исключительно для частных органи-

заций, другие являются средством коммуникации корпоративных

ЛВС с сетью Интернет или посредством Интернет с удаленными

сетями, входящими в состав корпоративных. Чаще всего WAN опи-

рается на выделенные линии, на одном конце которых маршрутиза-

тор подключается к ЛВС, а на другом концентратор связывается с

остальными частями ГВС. Основными используемыми протоколами

являются TCP/IP, SONET/SDH, MPLS, ATM и Frame relay. Ранее

был широко распространен протокол X.25, который может по праву

считаться прародителем Frame relay.

Вопросы и тестовые задания для контроля

1. При каком типе коммутации между конечными узлами образу-

ется физический канал:

коммутации каналов;a)

коммутации пакетов;b)

маршрутизации.c)

2. Скорость одного B-канала в ISDN:

128 Кб/с;a)

144 Кб/с;b)

64 Кб/с;c)

32 Кб/с.d)

3. Размер ячейки в технологии ATM:

1500 байт;a)

128 байт;b)

53 байта;c)

1024 байт.d)

4. Для высокоскоростной передачи данных по телефонной линии

используется технология:

модемный доступ;a)

xDSL;b)

ATM;c)

Frame Relay;d)

ISDN.e)

5. К технологиям коммутации пакетов относятся:

модемный доступ;a)

xDSL;b)

ATM;c)

Frame Relay;d)

ISDN;e)

X.25.f)

100

глаВа 7. СетИ FRAME RELAy

Рассмотрены принципы построения и компоненты сетей Frame

Relay. Разобрана структура протокола и формат кадров Frame Relay.

Приведены типичные топологии сетей Frame Relay вместе с основ-

ными командами конфигурации.

Ключевые слова: коммутация каналов, коммутация пакетов,

Frame Relay, DLCI, PVC, SVC, DTE, DCE, FRAD, LMI.

§1. Принципы построения и компоненты

сетей Frame Relay

Технология, которая впоследствии получила название Frame

Relay (коммутация кадров), первоначально была разработана в на-

чале 1980-х для использования в сетях ISDN. Технология Frame

Relay обеспечивает информационное взаимодействие на физическом

и канальном уровне OSI и была предназначена для динамического

разделения ресурсов физического канала между пользовательскими

процессами передачи данных.

Первоначально информационное взаимодействие технологии FR

осуществлялось только на физическом и канальном уровне. В от-

сутствии сетевого уровня взаимодействия и заключается принципи-

альное отличие технологии Frame Relay от ранее существовавших

технологий построения сетей. Кадр FR содержит минимум управля-

ющей информации, следствием этого является высокая эффектив-

ность передачи данных. Технология Frame Relay не имеет встроен-

ных функций контроля доставки и управления потоком кадров.

Предполагается, что каналы передачи данных являются достаточно

надежными, а функции управления потоком выполняются протоко-

лами верхних уровней. Эти особенности и обеспечивают преимуще-

ства сетей, которые построены по технологии Frame Relay.

Компонентами сети Frame Relay являются устройства трех основ-

ных категорий:

устройства DTE (Data Terminal Equipment), 

устройства DCE (Data Circuit-Terminating Equipment), 

устройства FRAD (Frame Relay Access Device). 

Так же, как и в сети X.25, основу Frame Relay составляют вир-

туальные каналы (virtual circuits). Виртуальный канал в сети Frame