Кузьменко Н.Г. Коммутаторы и IP телефония

Подождите немного. Документ загружается.

Гибкое состояние протокола RSVP

В любой сети с протоколом RSVP гибким состоянием называется состо-

яние, когда обновление маршрутизаторов и конечных узлов возможно по-

средством специальных RSVP сообщений. Параметры гибкого состояния

обеспечивают динамическое изменение членства в группах сети с протоколом

RSVP и настройку сети в соответствии с изменениями в маршрутизации.

Обычно гибкое состояние поддерживается протоколом RSVP для того, чтобы

можно было изменять состояние сети без обращения к конечным точкам, в

отличие от архитектуры с коммутацией каналов точки посылают запрос и в

случае сбоя повторяют его.

Механизмы протокола RSVP обеспечивают общие средства создания и

обслуживания состояния распределённого резервирования многоадресных и

одноадресных маршрутов доставки.

Для обслуживания состояния резервирования протокол RSVP следит за

гибким состоянием в узлах маршрутизаторов и узлов. Гибкое состояние про-

токола RSVP создаётся и должно периодически обновляться запросами марш-

рута и резервирования. Если в течение заданного времени соответствующих

сообщений обновления не поступит, состояние удаляется. Гибкое состояние

также может быть удалено в результате явного сообщения о разрыве. Прото-

кол RSVP периодически проверяет гибкое состояние, чтобы формировать и

передавать запросы об обновлении маршрутов и резервирования следующим

узлам.

При изменении маршрута следующее маршрутное сообщение инициа-

лизирует состояние нового маршрута. Последующие запросы на резервирова-

ние устанавливают состояние резервирования. Состояние неиспользуемого

сегмента сбрасывается по истечении установленного времени. Процесс ново-

го резервирования начинается через 2 секунды после изменения топологии

сети.

При изменении состояния, протокол RSVP распространяет сообщения

об этом по всей сети без задержки. Если полученное состояние отличается от

предыдущего, то последнее обновляется. Если результат приводит к измене-

нию генерируемых сообщений об обновлении, то такие сообщения генериру-

ются и отправляются немедленно.

Функционирование протокола RSVP

Под управлением протокола RSVP сетевые ресурсы резервируются для

простых (однонаправленных) потоков данных. Логически каждый источник

отделён от приёмника, но любое приложение может быть и источником, и

172

приёмником. Запросы на резервирование ресурсов исходят от приёмников. На

рис. 12 показана общая схема функционирования.

Процесс резервирования ресурсов в протоколе RSVP начинается тогда,

когда демон протокола RSVP обращается к локальному протоколу (или про-

токолам) маршрутизации при поиске маршрута. Узел рассылает по пути до-

ставки многоадресной группы сообщения IGMP для присоединения к этой

группе и сообщения RSVP для резервирования ресурсов. Каждый маршрути-

затор, способный принять участие в резервировании ресурсов, передаёт вхо-

дящие пакеты данных классификатору пакетов, после чего по мере необходи-

мости помещает их в очередь планировщика пакетов. Классификатор пакетов

протокола RSVP определяет маршрут и класс качества обслуживания каждо-

го пакета. Планировщик протокола RSVP распределяет ресурсы для передачи

по тому носителю канального уровня, который используется данным интер-

фейсом. Если этот носитель канального уровня имеет собственные средства

управления качеством обслуживания, то планировщик пакетов должен вы-

полнить на канальном уровне необходимое согласование, которое обеспечит

качество обслуживания, требуемое протоколом RSVP.

Главная задача планировщика – распределить ресурсы для передачи па-

кетов для пассивного носителя, такого как выделенная линия. Кроме того,

иногда он распределяет другие системные ресурсы, например время или бу-

феры центрального процессора. Запрос на качество обслуживания, обычно

поступающий от получателя главного приложения, пересылается локальной

реализации протокола RSVP в качестве демона RSVP.

Затем при помощи протокола RSVP запрос передаётся всем узлам по

обратному маршруту к источнику (источникам) данных. В каждом узле про-

грамма протокола RSVP применяет локальную процедуру принятия решения,

173

Приложение

Демон

RSVP

Демон протокола

маршрутизации

Демон

RSVP

Классификатор

Планировщик

пакетов

Классификатор

Планировщик

пакетов

Протоколы нижнего уровня

Данные

RSVP

Данные

RSVP

Протоколы высшего уровня

Узел Маршрутизатор

Рис. 9.12. Общая схема функционирования протокола RSVP

называемую управлением доступом, чтобы определить, соответствует ли он

запрашиваемому качеству обслуживания. Если ответ положителен, програм-

ма протокола RSVP настраивает классификатор и планировщик пакетов на

получение желаемого качества обслуживания. В противном случае программа

протокола RSVP возвращает приложению, от которого исходит запрос, сооб-

щение об ошибке.

Протокол RSVP, как и любой новый протокол, невозможно распростра-

нить одновременно на всю сеть Internet. Он может вообще никогда не стать

единым стандартом. Поэтому протокол RSVP должен правильно работать

даже в тех случаях, когда между двумя маршрутизаторами поддерживающи-

ми протокол RSVP находится несколько других маршрутизаторов. Промежу-

точные звенья этой цепочки, не поддерживающие протокол RSVP, не способ-

ны резервировать ресурсы и, следовательно, не гарантируют качество обслу-

живания. Однако если эти маршрутизаторы обладают достаточной дополни-

тельной мощностью, то они могут обеспечить приемлемое обслуживание в

режиме реального времени.

Для обеспечений связи между сетями с протоколом RSVP через сети

других протоколов, протокол RSVP предусматривает автоматическое тунне-

лирование через другие протоколы. Туннелирование требует, чтобы маршру-

тизаторы поддерживающие и не поддерживающие протокол RSVP, передава-

ли маршрутные сообщения к приёмнику при помощи локальной таблицы

маршрутизации. Когда маршрутное сообщение проходит через маршрутиза-

торы, не поддерживающие протокол RSVP, оно копирует IP адрес последнего

маршрутизатора с протоколом RSVP. Сообщения с запросами на резервиро-

вание передаются следующему маршрутизатору с протоколом RSVP цепочки.

Сообщения протокола RSVP

Протокол RSVP поддерживает четыре основных типа сообщений:

запросы на резервирование, маршрутные сообщения, сообщения об ошибках,

подтверждения, а также сообщения о разрыве соединения.

Запросы на резервирование – это сообщение, которое узел приёмник

посылает источникам. Оно идёт по тем же маршрутам, что и пакеты данных,

но навстречу им, к узлам источникам. Запрос на резервирование должен быть

доставлен узлам источникам для того, чтобы они могли устанавливать соот-

ветствующие параметры управления трафиком для первого узла. Протокол

RSVP не посылает подтверждающих сообщений.

Маршрутные сообщения посылаются источником по одноадресным

или многоадресным маршрутам, определённым протоколом (или протокола-

ми) маршрутизации. Маршрутное сообщение используется для того, чтобы

174

сохранять состояние маршрута в каждом узле. Состояние маршрута использу-

ется для передачи в обратном направлении запросов на резервирование.

Сообщения об ошибках и подтверждения. Существуют три формы

сообщений об ошибках и подтверждений: ошибки маршрута, ошибки запроса

на резервирование и подтверждения запроса на резервирование.

Сообщения об ошибках маршрута формируются на основе маршрут-

ных сообщений и направляются к источникам. Они передаются от узла к узлу

по данным о состоянии маршрута. В каждом узле IP адресом приёмника слу-

жит адрес предыдущего узла.

Сообщения об ошибках запроса на резервирование формируются на

основе сообщений запроса на резервирование и направляются к приёмнику.

Эти сообщения передаются от узла к узлу, используя состояние резервирова-

ния. В каждом узле IP адресом приёмника служит адрес следующего узла.

Сообщения об ошибке могут содержать следующую информацию: отказ в до-

ступе; канал недоступен; служба не поддерживается; неправильная специфи-

кация потока; неточный маршрут.

Сообщения о подтверждении запроса на резервирование посылаются в

ответ на появление в запросе на резервирование объекта, подтверждения ре-

зервирования. В этом сообщении содержится копия подтверждения резерви-

рования. Сообщения о подтверждении посылаются по адресу узла приёмника

и по адресу, который содержится в объекте подтверждения резервирования.

Сообщение о подтверждении запроса на резервирование передаётся приёмни-

ку по маршруту от узла к узлу, чтобы настроить механизм проверки це-

лостности маршрута.

Сообщения о разрыве удаляют маршрут и отменяют состояние резер-

вирования, не ожидая превышения лимита времени. Сообщения о разрыве

могут быть вызваны приложением, работающим на конечной системе (источ-

ник или приёмник) или маршрутизатором в результате истечения времени

ожидания. Протокол RSVP поддерживает два типа сообщений о разрыве:

разрыв маршрута и разрыв запроса на резервирование. Сообщения о

разрыве маршрута удаляют состояние маршрута (и состояние резервирова-

ния), передаются всем приёмникам, начиная с исходной точки, и маршрути-

зируются так же, как маршрутные сообщения;

сообщения о разрыве запроса на резервирование снимают состояние ре-

зервирования, передаются всем предшествующим отправителям начиная от

точки разрыва и маршрутизируются так же, как соответствующие запросы на

резервирование.

Формат пакета протокол RSVP

Формат пакета протокола RSVP показан на рис.913.

175

Заголовок сообщения протокола RSVP содержат следующие поля:

Версия – 4-разрядное поле, в котором содержится номер версии протокола (в

настоящее время это версия 1).

Флаги – 4-рззрядное поле, оно пока не определено.

Тип – 8-разрядное поле, может принимать одно из значений, перечисленных

в табл.9.1.

Таблица 9.1

Типы сообщений протокола RSVP

Значение поля Тип сообщения

1 Маршрут

2 Запрос на резервирование

3 Ошибка маршрута

4 Ошибка запроса на резервирование

5 Разрыв маршрута

6 Разрыв резервирования

7 Подтверждение запроса на резервирование

Контрольная сумма – 16-разрядное поле, где содержится стандартная

контрольная сумма TCP/UDP, рассчитанная для содержимого сообщения про-

токола RSVP, где в поле контрольной суммы стоит 0.

Длина – 16-разрядное поле указывает длину пакета в байтах, включая общий

заголовок и следующие за ним объекты переменной длины. Если установлен

флаг MF (дополнительные фрагменты) или поле смещения фрагмента содер-

жит ненулевое значение, то в поле длины указывается длина текущего фраг-

мента большего сообщении.

TTL отправляемого сообщения – 8-разрядное поле, содержащее значение

времени жизни отправляемого сообщения.

Идентификатор сообщения. – 32-разрядное поле содержит общую для всех

фрагментов имя сообщения.

Флаг MF – дополнительные фрагменты. Признак MF устанавливается для

всех фрагментов сообщения, кроме последнего.

Смещение фрагмента – 24-разрядное поле, указывающее положение фраг-

мента в сообщении.

176

Версия Флаги Тип Контрольная ? Длина Резерв TTL Имя Резерв MF Смещение

Заголовок сообщения протокола RSVP

4 4 8 16 16 8 8 32 15 1 16

КлассДлина Тип Объект

16 8 8

Переменная

Поля RSVP объекта

Рис. 13. Пакет протокола RSVP состоит из

заголовка и полей объекта

Объекты протокола RSVP имеют следующие поля:

Длина – 16-разрядное поле, содержащее полную длину объекта в байтах (все-

гда кратную 4).

Класс – идентификатор класса объекта. Каждый класс объекта имеет имя. В

табл. 1 перечислены классы, распознаваемые любой реализацией протокола

RSVP. Старший бит поля класса определяет, какое действие должен выпол-

нить узел, если класс объекта не распознан.

Тип – уникальный для данного класса. Максимальная длина объекта состав-

ляет 65528 байт. Объединение полей класса и типа (включая бит флага) мож-

но использовать для хранения 16-разрядного числа, определяющего уникаль-

ный тип объекта.

Содержимое объекта – поля длины, класса и типа определяют форму содер-

жимого объекта.

Протокол RSVP – протокол транспортного уровня, позволяющий обслу-

живать потоки данных в зависимости от их специфики. Разные типы прило-

жений предъявляют различные требования к производительности, протокол

RSVP распознает эти различия и обеспечивает механизмы, позволяющие

определить, какая производительность требуется данному приложению, и из-

менить поведение сети соответствующим образом. Со временем, по мере со-

вершенствования и распространения приложений, зависящих от скорости ра-

боты сети и времени задержки, потребность в протоколе RSVP будет возрас-

тать.

Контрольные вопросы

1. Какой диапазон частот используется для передачи голоса в цифровых

телефонных сетях ?

2. Объясните понятие – стандартный цифровой канал ?

3. К чему приводит задержка в передачи пакетов голосовых сообщений ?

4. Какие требования предъявляются к аппаратуре передачи пакетов голосо-

вых сообщений ?

5. Зачем производить сжатие пакетов голосовых сообщений ?

6. Какие основные компоненты IP сети Вам известны ?

7. Зачем для передачи голоса выделять отдельную виртуальную сеть ?

8. Назовите основные функции системы качества IP сетей.

9. В чём заключается процесс классификации входных пакетов ?

10.Что даёт назначение приоритета голосовым пакетам ?

11.Назовите уровни сквозного обслуживания ?

12.Как решается проблема переполнения входного буфера ?

13. Назовите достоинства использования очередей типа FIFO.

14. Назовите достоинства использования приоритетной очередности.

177

15. Назовите достоинства использования настраиваемой очередности.

16. Назовите достоинства использования потоковой взвешенной справедливой

очередности.

17. Назовите достоинства использования классовой взвешенной справедливой

очередности.

18.Как осуществляется управление очередями ?

19.Поясните назначение процесса фрагментации.

20.Назовите механизмы повышения эффективности канала.

21. Каким образом происходи сжатие заголовков пакетов в протоколе RTP ?

22.Какие протоколы используются для резервирования ресурсов ?

23.Каким образом осуществляется гарантированная доставка ?

24.Каким образом осуществляется гарантированная скорость?

25.Каким образом осуществляется гарантированная задержка ?

26.Поясните зачем применяется раздельное и совместное резервирование ?

27. Что означает гибкое состояние протокола RSVP ?

28. Поясните назначение протокола RSVP ?

29. Какие состояния протокола RSVP известны Вам ?

30. Какие поля содержит заголовок протокола RSVP ?

178

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное учебное пособие посвящено рассмотрению устройств

обеспечивающих ускоренную работу сети с коммутацией пакетов и

случайным методом доступа к передающей среде – коммутаторов. В пособии

вначале рассматриваются вопросы организации связи между уздами сети на

основе широко распространённой технологии Ethernet. Рассматриваются все

существующие в настоящее время модификации технологии Ethernet, начиная

от "классического" со скоростью в10 Мбит до 10 Гбит.

Даётся понятие коммутатора как мультимоста. Поскольку логика

работы коммутатора ни чем не отличается от работы моста, то ему присуши

все достоинства и недостатки мостов. Весь дальнейший материал связан с

описанием методов и средств, направленных на ликвидацию недостатков

присущих мостам.

Так как мосты не могут работать в петлевых структурах, то особое

внимание уделено методам построения покрывающего дерева, реализующего

топологию без петель. Рассматриваются протоколы, обеспечивающие

сокращение времени определения топологии покрывающего дерева.

Поскольку порт коммутатора представляет собой процессор, то

целесообразно возложить на него дополнительные функции, особенно

создание виртуальных сетей. В пособии подробно описываются механизмы

создания виртуальных сетей и протоколы их реализующие. Особое внимание

уделено магистральным коммутаторам.

При создании виртуальных сетей возникает проблема маршрутизации

между ними. В учебном пособии подробно описываются механизмы и

протоколы реализующие процесс маршрутизации между виртуальными

сетями, основанный на использовании как внешнего маршрутизатора, так

внутреннего – коммутатора третьего уровня. Объясняется весь комплекс

проблем, который при этом возникает, описываются пути решения этих

проблем и протоколы, позволяющие воплотить в жизнь эти решения. Особое

место уделяется повышению надёжности сетей, резервированию устройств и

методам их использования.

В последней главе подробно описывается возможность использования

сетей с коммутацией для передачи мультимедийной информации, особое

внимание уделяется передачи голосовых сообщений в реальном масштабе

времени – IP телефонии. Объясняются проблемы, возникающие на пути

передачи голосовых сообщений по коммутируемым сетям, методы

преодоления принципиальных ограничений и протоколы для их решения.

Учебное пособие может быть полезно всем студентам,

интересующимся сетями и в качестве дополнительной литературы для всех

курсов, связанных с сетями и устройствами передачи данных.

179

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Программа сетевой подготовки Cisco CCNA 1 и 2. Вспомогательное руко-

водство. Пер. с англ. – М.: ООО "И.Д.Вильямс", 2007. – 994 с.

2. Программа сетевой академии Cisco CCNA 3 и 4. Вспомогательное руко-

водство. Пер. с англ. – М.: ООО "И.Д.Вильямс", 2007. – 994 с.

3. Руководство по технологиям объединённых сетей, 3-е издание. Пер. с

англ. – М.: Издательский дом "Вильямс", 2007. – 1040 с.

4. Основы передачи голосовых данных по сетям IP. Пер. с англ. – М.: ООО

"И.Д.Вильямс", 2007. – 400 с.

5. Полный справочник по Cisco. Пер. с англ. – М.: ООО "И.Д.Вильямс", 2008.

– 1088 с.

6. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е

издание. Пер. с англ. – М.: ООО "И.Д.Вильямс", 2007. – 1104 с.

7. Компьютерные сети. Первый шаг. Пер. с англ. – М.: ООО "И.Д.Вильямс",

2005. – 432 с.

8. Шин Одом, Хенсон Ноттингем. Коммутаторы Cisco. Пер. с англ.: – М.: Ку-

диц-Образ, 2003. – 528 с.

9. Компьютерные сети +. Учебный курс: Официальное пособие Microsoft для

самостоятельной подготовки: Пер. с англ. М.: Издательско-торговый дом

"Русская редакция" ТОО "Channel Trading Ltd.", 2000. 552 с.

10.Бэрри Нанс. Компьютерные сети. М.: БИНОМ, 1995. 400 с.

11. Компьютерные сети. Учебный курс: Пер. с англ. М.: Издательский отдел

"Русская редакция" ТОО "Channel Trading Ltd.", 1977. 696 с.

12. В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. Компьютерные сети. Принципы, технологии,

протоколы. СПб.: Питер, 2001. 672 с.

13.Ю. Блэк. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы: Пер. с англ. М.:

Мир, 1990. 346 с.

14. Л. Куин, Р. Рассел. Fasy Ethernet: Пер. с англ. Киев: BHV – Киев, 1998. 320

с.

15. А. Спортак и др. Высокопроизводительные сети. Энциклопедия пользова-

теля: Пер. с англ. Киев: ДиаСофт, 1998. 542 с.

180

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………. 3

Глава 1. Локальные сети стандарта Ethernet………………………………... 23

Возникновение коллизии……………….………………………... 27

Время двойного оборота и распознавание коллизий…………... 28

Максимальная производительность сети Ethernet…………...… 30

1.2. Кабельные линии связи………………………………………….. 31

1.3. Мосты……………………………………………………………... 33

1.4. Быстрый (Fast) Ethernet…………………………………………... 36

1.5. Скоростная технология Gigabit Ethernet………………………... 37

1.6. Высокоскоростная технология 10Gigabit Ethernet……………... 40

1.7. Перспективы развития технологии Ethernet……………………. 41

Контрольные вопросы…………………………………………… 43

Глава 2. Локальные и глобальные сети……………………………………... 45

2.1. Иерархическая модель сети………………………………………. 46

2.2. Коммутаторы уровня доступа……………………………………. 49

2.3. Коммутаторы уровня распределения……………………………. 50

2.4. Коммутаторы магистрального уровня…………………………... 51

2.5. Основные операции коммутатора……………………………….. 53

2.6. Задержка в коммутаторах………………………………………… 54

2.7. Дополнительные функции коммутаторов……………………….. 57

Контрольные вопросы…………………………………………… 62

Глава 3. Виртуальные локальные сети……………………………………… 64

3.1. Статические виртуальные сети…………………………………... 67

3.2. Динамические виртуальные сети………………………………… 68

3.3. Конфигурирование виртуальных сетей…………………………. 71

Контрольные вопросы…………………………………………… 72

Глава 4. Магистральный протокол VTP……………………………………. 73

4.1. Объявления протокола VTP……………………………………… 76

4.2. Режимы коммутаторов с протоколом VTP……………………… 78

4.3. Отключение каналов в протоколе VTP………………………….. 79

4.4. Настройка протокола VTP………………………………………... 80

Контрольные вопросы…………………………………………… 82

Глава.5. Протокол связующего дерева STP………………………………… 83

5.1. Работа протокола связующего дерева STP……………………… 85

5.2. Таймеры BPDU……………………………………………………. 89

5.3. Стоимость корневого пути……………………………………….. 90

5.4. Алгоритм работы протокола STP………………………………... 91

Определение корневого коммутатора…………………………… 92

Определение корневых портов…………………………………... 92

Определение назначенных портов………………………………. 94

181