Родичев Ю.А. Компьютерные сети - архитектура, технологии, защита

Подождите немного. Документ загружается.

331

ГЛАВА 10

ТЕХНОЛОГИИ ГЛОБАЛЬНЫХ

СЕТЕЙ

10.1. Основные понятия и определения

Глобальные сети (WAN), которые также называют территори-

альными компьютерными сетями, служат для того, чтобы предос-

тавлять свои сервисы большому количеству конечных абонентов,

разбросанных по большой территории – в пределах области, ре-

гиона, страны, континента или всего земного шара. Типичными

абонентами глобальной компьютерной сети являются локальные

сети предприятий, расположенные в разных городах и странах

которым нужно обмениваться данными между собой. Услугами

глобальных сетей пользуются также и отдельные компьютеры.

Глобальные сети обычно создаются крупными телекоммуни-

кационными компаниями для оказания платных услуг абонентам.

Оператор сети (network operator) – это та компания, которая

поддерживает нормальную работу сети. Поставщик услуг, часто

называемый также провайдером (service provider), – та компания,

которая оказывает платные услуги абонентам

сети. Владелец,

оператор и поставщик услуг могут объединяться в одну компа-

нию. Кроме вычислительных глобальных сетей существуют и

другие виды территориальных сетей передачи информации. В

первую очередь это телефонные и телеграфные сети, работающие

на протяжении многих десятков лет, а также телексная сеть.

Ввиду большой стоимости глобальных сетей существует дол-

говременная тенденция

создания единой глобальной сети, кото-

рая может передавать данные любых типов: компьютерные дан-

ные, телефонные разговоры, факсы, телеграммы, телевизионное

изображение и т.д. На сегодня существенного прогресса в этой

области не достигнуто, хотя технологии для создания таких сетей

начали разрабатываться достаточно давно. Первая технология

332

для интеграции телекоммуникационных услуг ISDN стала разви-

ваться с начала 70-х годов. Пока каждый тип сети существует от-

дельно и наиболее тесная их интеграция достигнута в области

использования общих первичных сетей – сетей PDH и SDH, с по-

мощью которых сегодня создаются постоянные каналы в сетях с

коммутацией абонентов. Тем не менее, каждая из технологий

, как

компьютерных сетей, так и телефонных, старается сегодня пере-

давать «чужой» для нее трафик с максимальной эффективностью.

В идеале глобальная вычислительная сеть должна передавать

данные абонентов любых типов. Для этого глобальная сеть

должна предоставлять комплекс услуг: передачу пакетов локаль-

ных сетей, передачу пакетов компьютеров, обмен факсами, пере-

дачу трафика офисных

АТС, выход в городские, междугородные

и международные телефонные сети, обмен видеоизображениями

и другие. Основные типы потенциальных потребителей услуг

глобальной компьютерной сети изображены на рис. 10.1.

Оконечное Оконечное

оборудование оборудование

Глобальная сеть

Компьютер

АТС

Телефон,

факс

ЛВС

Офисные

АТС

Банкоматы

Принтеры

Аппаратура

передачи

данных

Компьютер

АТС

Телефон,

факс

ЛВС

Офисные

АТС

Банкоматы

Принтеры

Аппаратура

передачи

данных

Рис. 10.1. Потребители услуг глобальных сетей

333

Из рассмотренного списка услуг, которые глобальная сеть

предоставляет конечным пользователям, видно, что в основном

она используется как транзитный транспортный механизм, пре-

доставляющий только услуги трех нижних уровней модели OSI.

Действительно, при построении корпоративной сети, сами дан-

ные хранятся и вырабатываются в компьютерах, принадлежащих

локальным сетям предприятия, а глобальная сеть их только пере

носит из одной локальной сети в другую.

Однако в последнее время функции глобальной сети, относя-

щиеся к верхним уровням стека протоколов, стали играть замет-

ную роль. Это связано в первую очередь с популярностью ин-

формации, предоставляемой сетью Internet. Информационные ус-

луги Internet оказали влияние на традиционные способы доступа

к разделяемым ресурсам, на

протяжении многих лет применяв-

шиеся в локальных сетях. Все больше корпоративной информа-

ции распространяется с помощью Web-службы. Появился специ-

альный термин intranet, который применяется в тех случаях, ко-

гда технологии Internet переносятся в корпоративную сеть. К

технологиям intranet относят не только службу Web, но и исполь-

зование Internet как глобальной транспортной сети, соединяющей

локальные сети

предприятия, а также все информационные тех-

нологии верхних уровней, появившиеся первоначально в Internet

и поставленные на службу корпоративной сети. В результате

глобальные и локальные сети постепенно сближаются за счет

взаимопроникновения технологий разных уровней – от транс-

портных до прикладных.

Типичный пример структуры глобальной компьютерной сети

приведен на рис. 10.2. Здесь используются следующие обозначе-

ния: S (switch) – коммутаторы, К – компьютеры, R (router) – мар-

шрутизаторы, MUX (multiplexor) – мультиплексор, UNI (User-

Network Interface) – интерфейс пользователь – сеть, NNI

(Network-Network Interface) – интерфейс сеть – сеть. Кроме того,

офисная АТС обозначена аббревиатурой РВХ, а маленькими чер-

ными квадратиками – аппаратура передачи данных (Data Circuit

Terminating Equipment, DCE).

Сеть строится на основе некоммутируемых (выделенных) ка-

налов связи, которые соединяют коммутаторы глобальной сети

между собой. Коммутаторы называют также центрами коммута-

334

ции пакетов (ЦКП). Коммутаторы устанавливаются в тех геогра-

фических пунктах, в которых требуется ответвление или слияние

потоков данных конечных абонентов или магистральных кана-

лов, переносящих данные многих абонентов. Абоненты сети под-

ключаются к коммутаторам в общем случае также с помощью

выделенных каналов связи. Эти каналы связи имеют более низ-

кую пропускную

способность, чем магистральные каналы, объе-

диняющие коммутаторы, иначе сеть бы не справилась с потоками

данных своих многочисленных пользователей.

Рис. 10.2. Структура глобальной сети

Для подключения конечных пользователей допускается ис-

пользование коммутируемых каналов, то есть каналов телефон-

ных сетей, хотя в таком случае качество транспортных услуг

обычно ухудшается. Принципиально замена выделенного канала

на коммутируемый ничего не меняет, но вносятся дополнитель-

335

ные задержки, отказы и разрывы канала по вине сети с коммута-

цией каналов, которая в таком случае становится промежуточ-

ным звеном между пользователем и сетью с коммутацией паке-

тов. Кроме того, в аналоговых телефонных сетях канал обычно

имеет низкое качество из-за высокого уровня шумов. Примене-

ние коммутируемых каналов на магистральных

связях коммута-

тор-коммутатор также возможно, но по тем же причинам весьма

нежелательно.

Локальная сеть отделена от глобальной маршрутизатором или

удаленным мостом, поэтому для глобальной сети она представ-

лена единым устройством – портом маршрутизатора или моста.

При передаче данных через глобальную сеть мосты и маршру-

тизаторы работают в соответствии с той

же логикой, что и при

соединении локальных сетей. Мультиплексоры «голос-данные»

предназначены для совмещения в рамках одной территориальной

сети компьютерного и голосового трафиков. Так как рассматри-

ваемая глобальная сеть передает данные в виде пакетов, то муль-

типлексоры «голос-данные», работающие на сети данного типа,

упаковывают голосовую информацию в кадры или

пакеты терри-

ториальной сети и передают их ближайшему коммутатору точно

так же, как и любой конечный узел глобальной сети, то есть мост

или маршрутизатор. Если глобальная сеть поддерживает приори-

тезацию трафика, то кадрам голосового трафика мультиплексор

присваивает наивысший приоритет, чтобы коммутаторы обраба-

тывали и продвигали их в первую очередь. Приемный узел

на

другом конце глобальной сети также должен быть мультиплексо-

ром «голос-данные». Голосовые данные направляются офисной

АТС, а компьютерные данные поступают через маршрутизатор в

локальную сеть. Часто модуль мультиплексора «голос-данные»

встраивается в маршрутизатор.

Так как конечные узлы глобальной сети должны передавать

данные по каналу связи определенного стандарта, то каждое

ко-

нечное устройство (DTE) требуется оснастить устройством типа

DCE, которое обеспечивает необходимый протокол физического

уровня данного канала.

336

10.2. Организация удаленного доступа

Приведенная на рис. 10.2 глобальная вычислительная сеть ра-

ботает в наиболее подходящем для компьютерного трафика ре-

жиме – коммутации пакетов. Оптимальность этого режима для

связи локальных сетей доказывают не только данные о суммар-

ном трафике, передаваемом сетью в единицу времени, но и стои-

мость услуг такой территориальной сети. Обычно при равенстве

предоставляемой скорости

доступа сеть с коммутацией пакетов

оказывается в 2–3 раза дешевле, чем сеть с коммутацией каналов,

то есть публичная телефонная сеть. Поэтому при создании кор-

поративной сети, имеющей удаленные офисы, необходимо стре-

миться к построению или использованию услуг территориальной

сети с территориально распределенными коммутаторами пакетов.

Однако часто такая вычислительная глобальная сеть по

разным

причинам оказывается недоступной в том или ином географиче-

ском пункте. Поэтому при построении корпоративной сети мож-

но дополнить недостающие компоненты услугами и оборудова-

нием, арендуемыми у владельцев первичной или телефонной се-

ти. В зависимости от того, какие компоненты приходится брать в

аренду, принято различать корпоративные сети, построенные с

использованием:

–

выделенных каналов;

– коммутации каналов;

– коммутации пакетов.

Выделенный канал – это канал с фиксированной полосой

пропускания или фиксированной пропускной способностью, по-

стоянно соединяющий двух абонентов. Абонентами могут быть

как отдельные устройства (компьютеры или терминалы), так и

целые сети. Выделенные каналы делятся на аналоговые и цифро-

вые, в зависимости от того, какого типа

коммутационная аппара-

тура применена для постоянной коммутации абонентов. На ана-

логовых выделенных линиях для аппаратуры передачи данных

физический и канальный протоколы жестко не определены. От-

сутствие физического протокола приводит к тому, что пропуск-

ная способность аналоговых каналов зависит от пропускной спо-

собности модемов, которые использует пользователь канала. Мо-

337

дем собственно и устанавливает нужный ему протокол физиче-

ского уровня для канала. На цифровых выделенных линиях про-

токол физического уровня зафиксирован – он задан стандартом

G.703. Выделенные каналы можно получить у телекоммуникаци-

онных компаний, которые владеют каналами дальней связи (та-

ких, например, как «РОСТЕЛЕКОМ»), или от телефонных ком-

паний, которые обычно сдают

в аренду каналы в пределах города

или региона. Выделенные каналы очень активно применялись со-

всем в недалеком прошлом и применяются сегодня, особенно при

построении ответственных магистральных связей между круп-

ными локальными сетями. Однако при большом количестве гео-

графически удаленных точек и интенсивном смешанном трафике

между ними использование этой службы приводит к

высоким за-

тратам за счет большого количества арендуемых каналов. Сего-

дня существует большой выбор выделенных каналов – от анало-

говых каналов тональной частоты с полосой пропускания 3,1 кГц

до цифровых каналов технологии SDH с пропускной способно-

стью 155 и 622 Мбит/с.

Выделенные аналоговые каналы предоставляются пользова-

телю с 4-проводным или 2-проводным окончанием. На каналах

4-проводным окончанием организация полнодуплексной связи,

естественно, выполняется более простыми способами. Для пере-

дачи данных по выделенным аналоговым линиям используются

модемы, работающие на основе методов аналоговой модуляции

сигнала. В отношении режима работы модемы делятся на три

группы:

– модемы, поддерживающие только асинхронный режим ра-

боты;

– модемы, поддерживающие асинхронный и синхронный

ре-

жимы работы;

– модемы, поддерживающие только синхронный режим ра-

боты.

Модемы, работающие только в асинхронном режиме, обычно

поддерживают низкую скорость передачи данных – до 1200

бит/с. Дуплексный режим на 2-проводном окончании обеспечи-

вается частотным разделением канала. Асинхронные модемы

представляют наиболее дешевый вид модемов, так как им не тре-

буются высокоточные схемы

синхронизации сигналов на кварце-

338

вых генераторах. Кроме того, асинхронный режим работы непри-

хотлив к качеству линии.

Модемы, работающие только в синхронном режиме, могут

подключаться только к 4-проводному окончанию и имеют гораз-

до более высокие скорости передачи (2400 бит/с – 168 Кбит/с).

Синхронные модемы используют для выделения сигнала высоко-

точные схемы синхронизации и поэтому обычно значительно до

роже асинхронных модемов. Кроме того, синхронный режим ра-

боты предъявляет высокие требования к качеству линии.

Модемы, работающие в асинхронном и синхронном режимах,

являются наиболее универсальными устройствами. Чаще всего

они могут работать как по выделенным, так и по коммутируемым

каналам, обеспечивая дуплексный режим работы. На выделенных

каналах они поддерживают в основном 2-

проводное окончание и

гораздо реже – 4-проводное. Для асинхронно-синхронных моде-

мов разработан ряд стандартов, обеспечивающих скорость пере-

дачи до 33,6 Кбит/с.

Рис. 10.3. Схема соединения узлов по выделенной линии

Модемы различаются не только поддерживаемыми протоко-

лами, но и определенной ориентацией на область применения.

Различают профессиональные модемы, которые предназначены

для работы в модемных пулах корпоративных сетей, и модемы

для применения в небольших офисах или на дому. Профессио-

нальные модемы отличаются высокой надежностью, способно-

стью устойчиво работать в непрерывном режиме и поддержкой

339

средств удаленного централизованного управления. Обычно сис-

тема управления модемными стойками поставляется отдельно и

оправдывает себя в условиях большого предприятия.

Типовая структура соединения двух компьютеров или локаль-

ных сетей через маршрутизатор с помощью выделенной аналого-

вой линии приведена на рис. 10.3. В случае 2-проводного оконча-

ния (см. рис. 10.3, а) для обеспечения дуплексного режима

модем

использует трансформаторную развязку. Телефонная сеть благо-

даря своей схеме развязки обеспечивает разъединение потоков

данных, циркулирующих в разных направлениях. При наличии 4-

проводного окончания (см. рис. 10.3, б) схема модема упрощается.

Коммутация каналов

Для построения глобальных связей в корпоративной сети в

режиме коммутации каналов используются сети двух типов –

традиционные аналоговые телефонные сети и цифровые сети с

интеграцией услуг ISDN. Достоинством сетей с коммутацией ка-

налов является их распространенность, что особенно характерно

для аналоговых телефонных сетей. Известным недостатком ана-

логовых телефонных сетей является низкое качество составного

канала. Телефонные сети, полностью построенные на цифровых

коммутаторах, и сети ISDN свободны от многих недостатков тра-

диционных аналоговых телефонных сетей. Они предоставляют

пользователям высококачественные линии связи. Однако даже

при качественных каналах связи, которые могут обеспечить сети

с коммутацией каналов, для построения корпоративных глобаль-

ных связей эти сети могут оказаться экономически неэффектив-

ными. Так как в таких сетях пользователи платят не за объем пе-

реданного трафика, а за время соединения, то при трафике с

большими пульсациями и, соответственно, большими паузами

между пакетами оплата идет во многом не за передачу, а за ее от-

сутствие. Это прямое следствие плохой приспособленности ме-

тода коммутации каналов

для соединения компьютеров. Тем не

менее, при подключении массовых абонентов к корпоративной

сети телефонная сеть оказывается единственным подходящим

видом глобальной службы из соображений доступности.

340

К сожалению, эти сети малопригодны для построения магист-

ралей корпоративных сетей. Со средней пропускной способно-

стью 9600 бит/с коммутируемые аналоговые линии, оснащенные

модемами, подходят только для пользователя с минимальными

требованиями к времени реакции системы. Максимальная на се-

годня пропускная способность в 56 Кбит/с достигается только в

том случае, если все коммутаторы

в сети на пути следования

данных являются цифровыми, да и то такая скорость обеспечива-

ется только в направлении «сеть – пользователь». Чаще всего та-

кие линии используются для индивидуального удаленного досту-

па к сети или же как резервные линии связи небольших офисов с

центральным отделением предприятия. Доступ по телефонной

сети имеет

англоязычное название «dial-up access». Тем не менее,

при недостатке средств коммутируемые аналоговые линии обес-

печивают связь локальных сетей между собой. Это выгодный ре-

жим соединения, если количество передаваемых данных невели-

ко и данные не требуют частого обновления. В этом случае две

сети могут соединяться по аналоговой телефонной сети, напри-

мер, раз в

сутки, передавать в течение нескольких минут данные,

а затем разрывать соединение.

В телефонных коммутаторах аналоговых телефонных сетей

могут использоваться два принципа коммутации – аналоговый,

основанный на частотном разделении канала (FDM), и цифровой,

основанный на разделении канала во времени (TDM).

Коммутация пакетов

В 80-е годы для надежного объединения локальных сетей в

корпоративную сеть использовалась практически одна техноло-

гия глобальных сетей с коммутацией пакетов – Х.25. Сегодня вы-

бор стал гораздо шире, помимо сетей Х.25 он включает такие

технологии, как frame relay и ATM. Кроме этих технологий, раз-

работанных специально для глобальных компьютерных сетей,

можно воспользоваться услугами территориальных

сетей TCP/IP.

Более подробно эти технологии будут рассмотрены ниже.

Целесообразно делить территориальные сети, используемые

для построения корпоративной сети, на две большие категории:

магистральные сети и сети доступа.