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

Подождите немного. Документ загружается.

351

ный механизм инкапсуляции позволяет передавать различные

протоколы локальных сетей (IP, IPX и др.) и реализован практиче-

ски во всех современных маршрутизаторах. Таким образом, сети

Х.25 предлагают универсальный транспортный механизм для пе-

редачи информации между приложениями. При объединении ло-

кальных сетей через Х.25 отдельные фрагменты корпоративной

сети можно изолировать друг от друга, что облегчает

решение

проблемы безопасности и разграничения доступа, которые возни-

кают в сложных информационных структурах. Во многих случаях

отпадает необходимость использования сложных механизмов

маршрутизации, так как эту функцию может выполнять сеть Х.25.

Сегодня в мире насчитывают десятки глобальных сетей Х.25

общего пользования, узлы которых расположены практически во

всех крупных деловых, промышленных и

административных

центрах. В России услуги Х.25 предлагает ряд компаний, таких,

как Infotel, Роснет и др. Для того чтобы подключиться к любому

ресурсу сети Х.25, пользователю достаточно иметь компьютер с

последовательным асинхронным портом и модем.

С точки зрения безопасности передачи информации, сети Х.25

имеют ряд достоинств. С помощью сети можно эффективно ре-

шить

проблему несанкционированного доступа. В случае же, ес-

ли необходима полная конфиденциальность, когда неприемлем

даже небольшой риск перехвата информации, необходимо ис-

пользовать средства шифрования, в том числе и в реальном вре-

мени. В настоящее время для сетей Х.25 разработаны средства

шифрования, позволяющие работать на достаточно высоких ско-

ростях (до 64 Кбит/с).

Такое оборудование производят ряд зару-

бежных компаний (например, Siemens), а также имеются и рос-

сийские разработки, созданные под эгидой ФАПСИ.

Метод коммутации пакетов, лежащий в основе сетей Х.25,

определяет основные преимущества таких сетей:

1. Сети Х.25 позволяют в режиме реального времени разде-

лять один и тот же физический канал между несколькими або-

нентами. Благодаря этому во многих случаях оказывается эконо-

мически выгоднее для передачи данных пользоваться сетью Х.25,

производя оплату за каждый байт переданной информации, а не

оплачивать время использования телефонной линии. Метод раз-

деления физического канала между абонентами в сетях Х.25 на-

352

зывают еще логическим или статистическим уплотнением (в от-

личие от временного разделения канала). При статистическом

разделении канала нет строго регламентированной степени за-

грузки канала каждым абонентом в определенный момент време-

ни. Имеется большой опыт эффективного использования сетей

Х.25 для широкого спектра задач передачи данных, когда трафик

в сети не является равномерным

во времени: обмен сообщениями

между пользователями, обращение большого числа пользовате-

лей к удаленной базе данных или к удаленному хосту электрон-

ной почты, связь локальных сетей, объединение удаленных кас-

совых аппаратов или банкоматов.

2. Сети Х.25 позволяют передавать оптимальным образом

данные по выделенным и коммутируемым каналам телефонной

сети общего пользования. Критериями оптимизации

являются

максимально возможные на этих каналах скорость и достовер-

ность передачи данных.

3. В сетях Х.25 имеется механизм альтернативной маршрути-

зации, с помощью которого, помимо основного маршрута, зада-

ется ряд альтернативных (резервных) маршрутов, за счет чего

значительно увеличивается надежность работы сети. Однако это

означает, что между любыми двумя точками подключения поль

зователя к сети должно быть, по крайней мере, два различных

маршрута.

При всех достоинствах сетевой технологии Х.25 у нее есть и

свои довольно серьезные ограничения. В настоящее время приня-

то считать, что сети Х.25 медленны, дороги и вообще устарели.

Практически не существует сетей Х.25, использующих скорости,

превышающие 128 Кбит/с. Связано

это с тем, в частности, что

протокол Х.25 включает в себя мощные средства коррекции

ошибок, обеспечивая передачу данных без искажений даже на

линиях плохого качества. Понятно, что за надежность связи при-

ходится платить, как правило, именно быстродействием оборудо-

вания сети и сравнительно большими, хотя и предсказуемыми,

задержками распространения информации.

Сети с

коммутацией пакетов Х.25 не обеспечивают качест-

венную передачу критичного к задержкам трафика (голоса и ви-

деоинформации), так как в них отсутствуют механизмы обеспе-

чения приоритетов каких-либо видов данных.

353

10.4. Сети и технологии ISDN

Сети ISDN (Integrated Services Digital Network – цифровая сеть

с интеграцией услуг) относятся к классу сетей, в которых основ-

ным режимом коммутации является принцип коммутации кана-

лов, а данные обрабатываются в цифровой форме. Сеть ISDN

можно рассматривать как глобальный коммутатор. Основной по-

ток информации (голос и данные) в ISDN несут B-каналы (bearer

channel – основной, несущий канал). Эти каналы коммутируются

между парой абонентов с помощью информации, передаваемой

по дополнительному D-каналу (Delta channel). После коммутации

(установления соединения) каждый B-канал представляет собой

две «трубы», пропускающие во встречных направлениях битовые

потоки со скоростью 64 Кбит/с. Для цифровой телефонии пропу-

скной способности этих «труб» достаточно для качественной пе-

редачи речи. Служебный канал также двунаправленный, его про-

пускная способность может быть 16 или 64 Кбит/с в зависимости

от типа сервиса. Выделение служебного канала позволяет выпол-

нять сервисные функции во время работы текущего соединения,

не нарушая его (в обычной телефонии такое невозможно). В ка-

честве сигнала вызова по D-каналу посылается пакет, который

содержит идентификаторы вызывающего и вызываемого абонен-

тов и

признак сервиса (голос/данные). На установление соедине-

ния требуется 2 – 4 секунды. В отличие от аналоговой телефонии,

по одной абонентской линии ISDN может передаваться информа-

ция для нескольких устройств, поскольку цифровая структура по-

зволяет легко решать задачу маршрутизации.

Режим коммутации пакетов в сети ISDN используется для пе-

редачи только сообщения протокола сигнализации. Сети изна-

чально предназначены для передачи как данных, так и голоса. В

сетях ISDN используется цифровая технология, получающая все

большее распространение, так как:

– цифровые устройства, используемые в ISDN, производятся

на основе интегральных схем высокой интеграции;

– по сравнению с аналоговыми устройствами они отличаются

большой надежностью и устойчивостью в работе и, кроме того, в

производстве и

эксплуатации, как правило, дешевле;

354

– цифровую технологию можно использовать для передачи

любой информации по одному каналу (акустических сигналов,

телевизионных видеоданных, факсимильных данных);

– цифровые методы преодолевают многие из ограничений пе-

редачи и хранения, которые присущи аналоговым технологиям.

В сетях ISDN при передаче аналогового сигнала осуществля-

ется преобразование его в последовательность цифровых значе-

ний, а при приеме – обратное

преобразование. Например, при

разговоре по телефону акустические сигналы преобразуются в

электрические. Однако непосредственная передача аналогового

электрического сигнала по телефонной линии связи сопряжена с

рядом недостатков: искажение сигнала вследствие его нелиней-

ности, которая увеличивается усилителями, затухание сигнала

при передаче через среду, подверженность влиянию шумов в ка-

нале и др. В ISDN эти

недостатки преодолимы. Здесь форма ана-

логового сигнала представляется в виде цифровых значений,

представляющих соответствующие значения амплитуды. Цифро-

вые сигналы также подвержены ослаблению и шумам при их

прохождении через канал, однако на приемном пункте необхо-

димо отмечать лишь наличие или отсутствие двоичного цифрово-

го импульса, а не его абсолютное значение, которое важно

в слу-

чае аналогового сигнала. Следовательно, цифровые сигналы при-

нимаются надежнее, их можно полностью восстановить, прежде

чем они из-за затухания станут ниже порогового значения.

Резкое возрастание роли ISDN-сетей объясняется тем, что они

обеспечивают интегрированный доступ к речевым и неречевым

услугам, имеют сложившуюся инфраструктуру, являются цифро-

выми сетями, основанными на

использовании цифровых каналов

64 Кбит/с, обладают достаточной гибкостью. Популярность

ISDN-сети возрастает, поскольку по определению она является

мультисервисной (обеспечивает услуги по предоставлению связи,

доставке информации, а также дополнительные услуги), ориен-

тированной на приложения. Технология ISDN стабильно разви-

вается, а сеть на ее основе имеет необходимые интерфейсы с дру-

гими сетями. Кроме того

, имеется большой набор терминального

оборудования для ISDN-сетей.

Сети ISDN, связанные между собой, распространены по всему

миру. Абонент ISDN получает интерфейс, к которому может под-

355

ключаться оборудование различных классов. Через линии ISDN

могут соединяться и удаленные части корпоративных сетей,

обеспечивая значительно большую скорость передачи данных,

чем теоретический предел (56 Кбит/с) традиционных телефонных

коммуникаций. При этом цена коммутируемых цифровых линий

ISDN в большинстве случаев оказывается ниже цены выделенных

линий. Передача данных возможна в разных вариантах: между

удаленными друг

от друга локальными сетями, между индивиду-

альным удаленным абонентом и локальной сетью, между инди-

видуальными абонентами. Через линии ISDN возможна передача

данных с помощью технологий и протоколов глобальных сетей

(Х.25, Frame Relay) а также организация туннелей для соедине-

ния локальных сетей с протоколами IP и IPX.

Основными средствами доступа к сети ISDN являются мар-

шрутизаторы или

мосты локальных сетей, оконечные сетевые

устройства доступа для оптических и медных линий связи, муль-

типлексоры (для сбора и передачи информации от удаленных

абонентов), системы для проведения видеоконференций, мини –

УАТС (управленческие автоматические телефонные станции).

Цифровые УАТС с функциями ISDN позволяют: более полно ис-

пользовать каналы связи для передачи данных и речи, выйти або

ненту в сеть ISDN с различных устройств (телефона, факса, ком-

пьютера), одновременно передавать речь и данные, подключать

мосты или маршрутизаторы для взаимодействия удаленных ЛВС.

Архитектура сети ISDN предусматривает следующие виды

служб:

– некоммутируемые средства (выделенные цифровые каналы);

– коммутируемая телефонная сеть общего назначения;

– сеть передачи данных с коммутацией каналов;

– сеть передачи данных

с коммутацией пакетов;

– сеть передачи данных с трансляцией кадров;

– средства контроля и управления работой сети.

Технология ISDN разрабатывалась как основа всемирной те-

лекоммуникационной сети, позволяющих связывать как теле-

фонных абонентов, так и абонентов других глобальных сетей.

Основное назначение сети – передача телефонного трафика. По-

этому за основу адресации узлов был взят формат

международ-

ного телефонного плана, расширенный для поддержки большего

356

числа абонентов и использования адресов других сетей. Формат

адреса ISDN состоит из 55 десятичных цифр.

Сети и технологии ISDN предоставляют пользователям сле-

дующие основные услуги: передача данных со скоростью 64

Кбит/с, передача речи в цифровом виде, телетекст, факс, видео-

связь. Таким образом, сети ISDN, основной целью разработки ко-

торых было объединение в одной сети трафиков

цифровых теле-

фонных сетей и компьютерных данных, в настоящее время ши-

роко используются для решения задач по передаче информации в

следующих областях: телефония, передача данных, объединение

ЛВС, доступ к глобальным компьютерным сетям, интеграция

различных видов трафика, передача трафика, чувствительного к

задержкам (звук, видео).

10.5. Сети и технологии PDH и SDH

Существуют два поколения технологий цифровых первичных

сетей – технология плезиохронной («плезио» означает «почти»,

то есть почти синхронной) цифровой иерархии (Plesiochronic

Digital Hierarchy, PDH) и более поздняя технология – синхронная

цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH). В Аме-

рике технологии SDH соответствует стандарт SONET. Цифровая

аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработа-

на в конце 60-х годов компанией AT&T для решения проблемы

связи крупных коммутаторов

телефонных сетей между собой.

Физический уровень технологии PDH поддерживает различ-

ные виды кабелей: витую пару, коаксиальный кабель и волокон-

но-оптический кабель. Основным вариантом абонентского досту-

па к каналам Т1/Е1 является кабель из двух витых пар с разъема-

ми RJ-48. Две пары требуются для организации дуплексного ре-

жима передачи данных со

скоростью 1,544/2,048 Мбит/с.

Одним из основных недостатков технологии PDH является

сложность операций мультиплексирования и демультиплексирова-

ния пользовательских данных. Сам термин «плезиохронный», ис-

пользуемый для этой технологии, говорит о причине такого явле-

ния – отсутствии полной синхронности потоков данных при объе-

динении низкоскоростных каналов в более высокоскоростные.

357

Другим существенным недостатком технологии PDH является

отсутствие развитых встроенных процедур контроля и управле-

ния сетью. Нет в технологии и процедур поддержки отказоустой-

чивости, которые очень полезны для первичных сетей, на основе

которых строятся ответственные междугородные и международ-

ные сети.

Третий недостаток состоит в слишком низких по современ-

ным понятиям скоростях иерархии PDH. Волоконно

-оптические

кабели позволяют передавать данные со скоростями в несколько

гигабит в секунду по одному волокну, что обеспечивает консоли-

дацию в одном кабеле десятков тысяч пользовательских каналов,

но это свойство технология PDH не реализует – ее иерархия ско-

ростей заканчивается уровнем 139 Мбит/с.

Все эти недостатки устранены в новой технологии первичных

цифровых сетей,

получившей название синхронной цифровой ие-

рархии. В сетях стандарта SDH реализуется технология синхрон-

ных волоконно-оптических сетей. Это высокоскоростные сети

цифровой связи, которые строятся на базе оптоволоконных ка-

бельных линий или цифровых радиорелейных линий. Основу ин-

фраструктуры современных высокоскоростных телекоммуника-

ционных сетей (магистральных, региональных или городских)

составляют цифровые линии и узлы

сети стандарта SDH.

Сети и технологии SDH отличаются высоким уровнем стан-

дартизации (что позволяет в одной сети использовать оборудова-

ние разных фирм-производителей), высокой надежностью (цен-

трализованное управление сетью обеспечивает полный монито-

ринг состояния узлов), наличием полного программного контро-

ля (отслеживание и регистрация аварийных ситуаций, управление

конфигурацией сети осуществляется программными средствами с

единой

консоли управления), возможностью оперативного пре-

доставления услуг по требованию, сравнительно простой схемой

развития сети. Благодаря этим преимуществам технология SDH

стала основной при построении цифровых транспортных сетей

самого различного масштаба. Топология всей SDH-сети форми-

руется из отдельных базовых топологий типа «кольцо», «линей-

ная цепь», «звезда», «точка-точка», которые используются в ка-

честве

сегментов сети. Чаще применяется радиально-кольцевая

358

архитектура SDH-сети, построенная на базе кольцевой и линей-

ной топологий.

В России наибольшую активность в использовании SDH-

технологии проявляет АО «Ростелеком». Это АО ежегодно строит

5-6 тыс. км магистральных цифровых линий на основе волоконно-

оптических кабелей (ВОЛС) и цифровых радиорелейных линий. В

1994 году построена и эксплуатируется высокоскоростная цифро-

вая оптоволоконная магистральная линия

стандарта SDH между

Москвой и Санкт-Петербургом протяженностью 690 км.

10.6. Сети и технологии Frame Relay

Сетью Frame Relay (в дальнейшем – FR) называется сеть ком-

мутации кадров. Сети frame relay – сравнительно новые сети, ко-

торые гораздо лучше подходят для передачи пульсирующего тра-

фика локальных сетей по сравнению с сетями Х.25. Это преиму-

щество проявляется только тогда, когда каналы связи приближа-

ются по качеству к каналам локальных сетей, а для глобальных

каналов такое качество обычно достижимо только при использо-

вании волоконно-оптических кабелей. Преимущество сетей FR за-

ключается в их низкой протокольной избыточности и дейта-

граммном режиме работы, что обеспечивает высокую пропускную

способность и небольшие задержки кадров. Надежную передачу

кадров технология FR не обеспечивает. Сети FR специально раз-

рабатывались как общественные сети для соединения

частных ло-

кальных сетей. Они обеспечивают скорость передачи данных до 2

Мбит/с. Особенностью технологии FR является гарантированная

поддержка основных показателей качества транспортного обслу-

живания локальных сетей – средней скорости передачи данных по

виртуальному каналу при допустимых пульсациях трафика. Кроме

технологии frame relay гарантии качества обслуживания на сего-

дня может предоставить только технология ATM.

Протокол FR – это интерфейс

доступа к сетям быстрой ком-

мутации пакетов. Он позволяет эффективно передавать крайне

неравномерно распределенный во времени трафик. Отличитель-

ные особенности протокола FR: малое время задержки при пере-

даче информации через сеть, высокие скорости передачи, «высо-

359

кая степень связности», эффективное использование полосы

пропускания.

Для оценки FR-сетей (как и ATM-сетей) важным фактором

является не столько высокая «физическая» скорость передачи

данных (т. е. скорость «физических» каналов), сколько реализа-

ция методов статистического уплотнения информации, обеспе-

чивающих существенное повышение информационной скорости

передачи в условиях дефицита физической пропускной способ-

ности канала, а

также наличие интерфейсов для эффективного

подключения к сети различных типов оконечных пользователь-

ских устройств.

Протокол FR выполняет функции первого, частично второго и

третьего уровней модели OSI. Он позволяет устанавливать со-

единение между взаимодействующими узлами сети, аналогично

соединению по Х.25. Внутри каждого физического канала может

быть создана совокупность логических каналов, что и объясняет

«высокую степень связности», обеспечиваемую протоколом FR.

Сети FR могут выступать альтернативой сетей Х.25. Напри-

мер, ЛВС могут подключаться к сети непосредственно по интер-

фейсу FR, и тогда FR-сеть выполняет те же функции по обеспе-

чению взаимодействия удаленных ЛВС, что и сеть Х.25. В других

случаях сеть FR выступает в качестве высокоскоростной магист-

рали для

объединения ряда сетей Х.25. Такое решение легко реа-

лизуется, так как большинство современных устройств центров

коммутации пакетов сетей Х.25 оборудованы портами FR.

В отличие от сетей Х.25, где на сетевом уровне обеспечивает-

ся гарантированная передача пакетов (в случае искажения при

передаче какого-либо пакета происходит его повторная переда-

ча), кадр FR не содержит

переменных нумераций передаваемых и

подтверждаемых кадров. При межузловом обмене информацией

в сетях FR ошибочные кадры просто «выбрасываются», их по-

вторная передача средствами FR не происходит. Для обеспечения

гарантированной и упорядоченной передачи кадров необходимо

использовать либо протоколы более высокого уровня (например,

протокол TCP/IP), либо дополнение к протоколу FR.

Кадр FR-сети имеет минимальную избыточность, т.е.

доля

служебной информации в кадре по отношению к передаваемым

данным пользователя минимальна. Это способствует сокраще-

360

нию времени на передачу фиксированного объема информации.

Кроме того, в сети FR может производиться маршрутизация

своими средствами (без задействования механизмов маршрутиза-

ции по Х.25 или по протоколу IP), что значительно увеличивает

скорость маршрутизации. Однако такой эффект достигается

только при использовании каналов, качество которых соответст-

вует требованиям технологии FR. В противном случае сравни-

тельно много

кадров будут передаваться с ошибкой, и потребует-

ся повторная передача кадров, обеспечиваемая дополнительными

средствами. Это снизит информационную скорость передачи ин-

формации, и более эффективной в этом случае станет сеть Х.25.

Эффективность технологии FR достигается также использо-

ванием специфических механизмов, управляющих загрузкой се-

ти. Эти механизмы обеспечивают практически гарантированное

время доставки кадров

через сеть и одновременно дают возмож-

ность сети адаптироваться к крайне неравномерным во времени

типам трафика (например, к трафику ЛВС).

Стремительному развитию технологии FR и повышению ее

эффективности способствует ряд факторов, в частности улучше-

ние качества каналов связи, использование современного много-

функционального каналообразующего оборудования. К новому

классу такого оборудования относятся мультимедийные пакет

ные коммутаторы (МПК), совмещающие несколько функций:

– статистическое уплотнение каналов передачи данных, при

котором фиксированные промежутки времени в уплотняемом ка-

нале не предоставляются отдельно каждому каналу, как это имеет

место при использовании метода временного уплотнения. Ин-

формация каждого канала разбивается на отдельные блоки, к

блоку прибавляются заголовок и хвост, что

образует единицу пе-

редачи информации – кадр, с помощью которого могут переда-

ваться все виды трафика. Основные преимущества такого уплот-

нения: динамическое распределение пропускной способности уп-

лотненного канала связи в зависимости от активности в каналах

передачи данных, возможность предоставления пропускной спо-

собности по требованию, возможность установки приоритетов

для различных видов трафика;

– коммутация и передача различных видов трафика;

– управление потоком информации и установка приоритетов;