Велихов А.В. , Строчников К.С., Кошкин. Б.Л. Компьютерные сети: Учебное пособие по администрированию локальных и объединенных сетей
Подождите немного. Документ загружается.
n Разъединение вызова
Выполнение этих процедур зависит от использованного типа вир
туальной цепи. Для PVC Уровень 3 Х.25 всегда находится в режиме пере
дачи данных, так как цепь организована перманентно. Если применена
SVC, то используются все три процедуры.
Процедура передачи данных зависит от пакетов DATA. Х.25 Уров
ня 3 сегментирует и подвергает операции «обратный ассемблер» сообще
ния пользователя, если длина их превышает максимальный размер паке
та для данной цепи. Каждому пакету DATA присваивается номер
последовательности, поэтому можно управлять неисправностями и пото
ком информации через интерфейс DTE/DCE.
Уровень 2
Уровень 2 реализован протоколом LAPB. LAPB позволяет обеим
сторонам (DTE и DCE) инициировать связь друг с другом. В процессе
передачи информации LAPB контролирует, чтобы блоки данных посту
пали к приемному устройству в правильной последовательности и без
ошибок.
Также, как и аналогичные протоколы канального уровня, LAPB ис
пользует три типа форматов блоков данных:
Информационный блок данных (Information (I) frame)
Эти блоки данных содержат информацию высших уровней и опре
деленную управляющую информацию (необходимую для работы с пол
ным дублированием). Номера последовательности отправки и приема и
бит опроса конечного (P/F) осуществляют управление информационным
потоком и устранением неисправностей. Номер последовательности от
правки относится к номеру текущего блока данных. Номер последова
тельности приема фиксирует номер блока данных, который должен быть
принят следующим. В диалоге с полным дублированием как отправитель,
так и получатель хранят номера последовательности отправки и приема;
она используется для обнаружения и устранения ошибок.
Блоки данных супервизора (Supervisory (S) frames)
Эти блоки данных обеспечивают управляющую информацию. У них
нет информационного поля. Блоки данных S запрашивают и приостанав
ливают передачу, сообщают о состоянии канала и подтверждают прием
блоков данных типа I.
Непронумерованные блоки данных (Unnumbered (U) frames)
Как видно из названия, эти блоки данных непоследовательны. Они
используются для управляющих целей. Например, они могут иницииро
вать связи, используя стандартную или расширяемую организацию окон
(modulo 8 versus 128), разъединять канал, сообщать об ошибках в прото
Лекция 2: Объединенные сети
128
коле, и выполнять другие аналогичные функции.
Поле flag ограничивает блок данных LAPB. Чтобы предотвратить
появление структуры флага в пределах внутренней части блока данных,
используется вставка битов.
Поле address указывает, что содержит блок данныхкоманду или от
ветный сигнал. Поле control обеспечивает дальнейшую квалификацию
блоков данных и блоков команд, а также указывает формат блока данных
(U, I или S)), функции блока данных (например, receiver ready — «получа
тель готов», или disconnect — «отключение») и номер последовательности
отправки/ приема.
Поле data содержит данные высших уровней. Его размер и формат
меняются в зависимости от типа пакета Уровня 3. Максимальная длина
этого поля устанавливается соглашением между администратором PSN и
абонентом во время оформления абонентства.
Поле FCS обеспечивает целостность передаваемых данных.
Уровень 1
Уровень 1 Х.25 использует протокол физического уровня Х.21 bis,
который примерно эквивалентен RS232С. Протокол X.21 bis является
производным от CCITT Recommendations V24 и V25, которые соответст
венно идентифицируют цепи межобмена и характеристики электричес
ких сигналов интерфейса DTE/DCE. X.21 bis обеспечивает двухточечные
связи, скорости до 19.2 Кб/сек и синхронную передачу с полным дубли
рованием через четырехпроводной носитель. Максимальное расстояние
между DTE и DCE — 15 метров.
Frame Relay
Frame Relay первоначально замышлялся как протокол для
использования в интерфейсах ISDN, и исходные предложения, представ
ленные в CCITT в 1984 г., преследовали эту цель. Была также предприня
та работа над Frame Relay в аккредитованном ANSI комитете по стандар
там T1S1 в США.
Крупное событие в истории Frame Relay произошло в 1990 г., когда
Cisco Systems, StrataCom, Northern Telecom и Digital Equipment
Corporation образовали консорциум, чтобы сосредоточить усилия на раз
работке технологии Frame Relay и ускорить появление изделий Frame
Relay, обеспечивающих взаимодействие сетей. Консорциум разработал
спецификацию, отвечающую требованиям базового протокола Frame
Relay, рассмотренного в T1S1 и CCITT; однако он расширил ее, включив
характеристики, обеспечивающие дополнительные возможности для
комплексных окружений межсетевого объединения. Эти дополнения к
Лекция 2: Объединенные сети
129
Frame Relay называют обобщенно local management interface (LMI) (ин
терфейс управления локальной сетью).
Основы технологии
Frame Relay обеспечивает возможность передачи данных с комму
тацией пакетов через интерфейс между устройствами пользователя (на
пример, маршрутизаторами, мостами, главными вычислительными ма
шинами) и оборудованием сети (например, переключающими узлами).
Устройства пользователя часто называют терминальным оборудованием
(DTE), в то время как сетевое оборудование, которое обеспечивает согла
сование с DTE, часто называют устройством завершения работы инфор
мационной цепи (DCE). Сеть, обеспечивающая интерфейс Frame Relay,
может быть либо общедоступная сеть передачи данных и использованием
несущей, либо сеть с оборудованием, находящимся в частном владении,
которая обслуживает отдельное предприятие.
В роли сетевого интерфейса, Frame Relay является таким же типом
протокола, что и Х.25. Однако Frame Relay значительно отличается от
Х.25 по своим функциональным возможностям и по формату. В частнос
ти, Frame Relay является протоколом для линии с большим потоком ин
формации, обеспечивая более высокую производительность и эффектив
ность.
В роли интерфейса между оборудованием пользователя и сети,
Frame Relay обеспечивает средства для мультиплексирования большого
числа логических информационных диалогов (называемых виртуальны
ми цепями) через один физический канал передачи, которое выполняет
ся с помощью статистики. Это отличает его от систем, использующих
только технику временного мультиплексирования (TDM) для поддержа
ния множества информационных потоков. Статистическое мультиплек
сирование Frame Relay обеспечивает более гибкое и эффективное исполь
зование доступной полосы пропускания. Оно может использоваться без
применения техники TDM или как дополнительное средство для каналов,
уже снабженных системами TDM.
Другой важной характеристикой Frame Relay является то, что она
использует новейшие достижения технологии передачи глобальных се
тей. Более ранние протоколы WAN, такие как Х.25, были разработаны в
то время, когда преобладали аналоговые системы передачи данных и мед
ные носители. Эти каналы передачи данных значительно менее надежны,
чем доступные сегодня каналы с волоконнооптическим носителем и ци
фровой передачей данных. В таких каналах передачи данных протоколы
канального уровня могут предшествовать требующим значительных вре
менных затрат алгоритмам исправления ошибок, оставляя это для выпол
нения на более высоких уровнях протокола. Следовательно, возможны
большие производительность и эффективность без ущерба для целостно
Лекция 2: Объединенные сети
130
сти информации. Именно эта цель преследовалась при разработке Frame
Relay. Он включает в себя алгоритм проверки при помощи циклического
избыточного кода (CRC) для обнаружения испорченных битов (изза че
го данные могут быть отвергнуты), но в нем отсутствуют какиелибо ме
ханизмы для корректирования испорченных данных средствами протоко
ла (например, путем повторной их передачи на данном уровне
протокола).
Другим различием между Frame Relay и Х.25 является отсутствие
явно выраженного управления потоком для каждой виртуальной цепи. В
настоящее время, когда большинство протоколов высших уровней эф
фективно выполняют свои собственные алгоритмы управления потоком,
необходимость в этой функциональной возможности на канальном уров
не уменьшилась. Таким образом, Frame Relay не включает явно выражен
ных процедур управления потоком, которые являются избыточными для
этих процедур в высших уровнях. Вместо этого предусмотрены очень про
стые механизмы уведомления о перегрузках, позволяющие сети инфор
мировать какоелибо устройство пользователя о том, что ресурсы сети на
ходятся близко к состоянию перегрузки. Такое уведомление может
предупредить протоколы высших уровней о том, что может понадобиться
управление потоком.
Стандарты Current Frame Relay адресованы перманентным вирту
альным цепям (PVC), определение конфигурации которых и управление
осуществляется административным путем в сети Frame Relay. Был также
предложен и другой тип виртуальных цепей — коммутируемые виртуаль
ные цепи (SVC). Протокол ISDN предложен в качестве средства сообще
ния между DTE и DCE для динамичной организации, завершения и уп
равления цепями SVC.
Дополнения LMI
Помимо базовых функций передачи данных протокола Frame Relay,
спецификация консорциума Frame Relay включает дополнения LMI, ко
торые делают задачу поддержания крупных межсетей более легкой. Неко
торые из дополнений LMI называют «общими»; считается, что они могут
быть реализованы всеми, кто взял на вооружение эту спецификацию.
Другие функции LMI называют «факультативными». Ниже приводится
следующая краткая сводка о дополнениях LMI:
Сообщения о состоянии виртуальных цепей (общее дополнение)
Обеспечивает связь и синхронизацию между сетью и устройством
пользователя, периодически сообщая о существовании новых PVC и лик
видации уже существующих PVC, и в большинстве случаев обеспечивая
информацию о целостности PVC. Сообщения о состоянии виртуальных
Лекция 2: Объединенные сети
131
цепей предотвращают отправку информации в «черные дыры», т.е. через
PVC, которые больше не существуют.
Многопунктовая адресация (факультативное)
Позволяет отправителю передавать один блок данных, но достав
лять его через сеть нескольким получателям. Таким образом, многопунк
товая адресация обеспечивает эффективную транспортировку сообщений
протокола маршрутизации и процедур резолюции адреса, которые обыч
но должны быть отосланы одновременно во многие пункты назначения.
Глобальная адресация (факультативное)
Наделяет идентификаторы связи глобальным, а не локальным зна
чением, позволяя их использование для идентификации определенного
интерфейса с сетью Frame Relay. Глобальная адресация делает сеть Frame
Relay похожей на LAN в терминах адресации; следовательно, протоколы
резолюции адреса действуют в Frame Relay точно также, как они работа
ют в LAN.
Простое управление потоком данных (факультативное)
Обеспечивает механизм управления потоком XON/XOFF, который
применим ко всему интерфейсу Frame Relay. Он предназначен для тех ус
тройств, высшие уровни которых не могут использовать биты уведомле
ния о перегрузке и которые нуждаются в определенном уровне управле
ния потоком данных.
Форматы блока данных
Флаги (flags) ограничивают начало и конец блока данных. За откры
вающими флагами следуют два байта адресной (address) информации. 10
битов из этих двух байтов составляют идентификацию (ID) фактической
цепи (называемую сокращенно DLCI от «data link connection identifier»).
Центром заголовка Frame Relay является 10битовое значение
DLCI. Оно идентифицирует ту логическую связь, которая мультиплекси
руется в физический канал. В базовом режиме адресации (т.е. не расши
ренном дополнениями LMI), DLCI имеет логическое значение; это озна
чает, что конечные устройства на двух противоположных концах связи
могут использовать различные DLCI для обращения к одной и той же свя
зи.
В конце каждого байта DLCI находится бит расширенного адреса
(ЕА). Если этот бит единица, то текущий байт является последним байтом
DLCI. В настоящее время все реализации используют двубайтовый DLCI,
но присутствие битов ЕА означает, что может быть достигнуто соглаше
ние об использовании в будущем более длинных DLCI.
Бит C/R, следующий за самым значащим байтом DLCI, в настоя
Лекция 2: Объединенные сети
132
щее время не используется.
И наконец, три бита в двубайтовом DLCI являются полями, связан
ными с управлением перегрузкой. Бит «Уведомления о явно выраженной
перегрузке в прямом направлении» (FECN) устанавливается сетью Frame
Relay в блоке данных для того, чтобы сообщить DTE, принимающему этот
блок данных, что на тракте от источника до места назначения имела мес
то перегрузка. Бит «Уведомления о явно выраженной перегрузке в обрат
ном направлении» (BECN) устанавливается сетью Frame Relay в блоках
данных, перемещающихся в направлении, противоположном тому, в ко
тором перемещаются блоки данных, встретившие перегруженный тракт.
Суть этих битов заключается в том, что показания FECN или BECN мо
гут быть продвинуты в какойнибудь протокол высшего уровня, который
может предпринять соответствующие действия по управлению потоком.
(Биты FECN полезны для протоколов высших уровней, которые исполь
зуют управление потоком, контролируемым пользователем, в то время
как биты BECN являются значащими для тех протоколов, которые зави
сят от управления потоком, контролируемым источником («emittercon
trolled»).
Бит «приемлемости отбрасывания» (DE) устанавливается DTE, что
бы сообщить сети Frame Relay о том, что какойнибудь блок данных име
ет более низшее значение, чем другие блоки данных и должен быть от
вергнут раньше других блоков данных в том случае, если сеть начинает
испытывать недостаток в ресурсах. Т.е. он представляет собой очень про
стой механизм приоритетов. Этот бит обычно устанавливается только в
том случае, когда сеть перегружена.
Формат сообщений LMI
Сообщения LMI отправляются в блоках данных, которые характе
ризуются DLCI, специфичным для LMI (определенным в спецификации
консорциума как DLCI=1023).
В сообщениях LMI заголовок базового протокола такой же, как в
обычных блоках данных. Фактическое сообщение LMI начинается с че
тырех мандатных байтов, за которыми следует переменное число инфор
мационных элементов (IE). Формат и кодирование сообщений LMI бази
руются на стандарте ANSI T1S1.
Первый из мандатных байтов (unnumbered information indicator —
индикатор непронумерованной информации) имеет тот же самый фор
мат, что и индикатор блока непронумерованной информации LAPB (UI)
с битом P/F, установленным на нуль. Следующий байт называют «дис
криминатор протокола» (protocol discriminator); он установлен на величи
ну, которая указывает на «LMI». Третий мандатный байт (call reference
ссылка на обращение) всегда заполнен нулями.
Лекция 2: Объединенные сети
133
Последний мандатный байт является полем «типа сообщения»
(message type). Определены два типа сообщений. Сообщения «запрос о со
стоянии» (status enquiry) позволяют устройствам пользователя делать за
просы о состоянии сети. Сообщения «состояние» (status) являются отве
том на сообщениязапросы о состоянии. Сообщения «продолжайте
работать» (keepalives) (посылаемые через линию связи для подтверждения
того, что обе стороны должны продолжать считать связь действующей) и
сообщения о состоянии PVC являются примерами таких сообщений; это
общие свойства LMI, которые должны быть частью любой реализации,
соответствующей спецификации консорциума.
Сообщения о состоянии и запросы о состоянии совместно обеспе
чивают проверку целостности логического и физического каналов. Эта
информация является критичной для окружений маршрутизации, так как
алгоритмы маршрутизации принимают решения, которые базируются на
целостности канала.
За полем типа сообщений следуют несколько IЕ. Каждое IЕ состо
ит из однобайтового идентификатора IE, поля длины IE и одного или бо
лее байтов, содержащих фактическую информацию.
Глобальная адресация
В дополнение к общим характеристикам LMI существуют несколь
ко факультативных дополнений LMI, которые чрезвычайно полезны в
окружении межсетевого объединения. Первым важным факультативным
дополнением LMI является глобальная адресация. Как уже отмечалось
раньше, базовая (недополненная) спецификация Frame Relay обеспечи
вает только значения поля DLCI, которые идентифицируют цепи PVC с
локальным значением. В этом случае отсутствуют адреса, которые иден
тифицируют сетевые интерфейсы или узлы, подсоединенные к этим ин
терфейсам. Так как эти адреса не существуют, они не могут быть обнару
жены с помощью традиционной техники обнаружения и резолюции
адреса. Это означает, что при нормальной адресации Frame Relay должны
быть составлены статистические карты, чтобы сообщать маршрутизато
рам, какие DLCI использовать для обнаружения отдаленного устройства
и связанного с ним межсетевого адреса.
Дополнение в виде глобальной адресации позволяет использовать
идентификаторы узлов. При использовании этого дополнения значения,
вставленные в поле DLCI блока данных, являются глобально значимыми
адресами индивидуальных устройств конечного пользователя (например,
маршрутизаторов).
Глобальная адресация обеспечивает значительные преимущества в
Лекция 2: Объединенные сети
134
крупных комплексных объединенных сетях, так как в этом случае марш
рутизаторы воспринимают сеть Frame Relay на ее периферии как обыч
ную LAN. Нет никакой необходимости изменять протоколы высших
уровней для того, чтобы использовать все преимущества, обеспечиваемые
их возможностями.
Групповая адресация (multicusting)
Другой ценной факультативной характеристикой LMI является
многопунктовая адресация. Группы многопунктовой адресации обозна
чаются последовательностью из четырех зарезервированных значений
DLCI (от 1019 до 1022). Блоки данных, отправляемые какимлибо устрой
ством, использующим один из этих зарезервированных DLCI, тиражиру
ются сетью и отправляются во все выходные точки группы с данным обо
значением. Дополнение о многопунктовой адресации определяет также
сообщения LMI, которые уведомляют устройства пользователя о допол
нении, ликвидации и наличии групп с многопунктовой адресацией.
В сетях, использующих преимущества динамической маршрутиза
ции, маршрутная информация должна обмениваться между большим
числом маршрутизаторов. Маршрутные сообщения могут быть эффек
тивно отправлены путем использования блоков данных с DLCI много
пунктовой адресации. Это обеспечивает отправку сообщений в конкрет
ные группы маршрутизаторов.
Реализация сети
Frame Relay может быть использована в качестве интерфейса к ус
лугам либо общедоступной сети со своей несущей, либо сети с оборудо
ванием, находящимся в частном владении. Обычным способом реализа
ции частной сети является дополнение традиционных мультиплексоров
Т1 интерфейсами Frame Relay для информационных устройств, а также
интерфейсами (не являющимися специализированными интерфейсами
Frame Relay) для других прикладных задач, таких как передача голоса и
проведение видеотелеконференций.
Обслуживание общедоступной сетью Frame Relay разворачивается
путем размещения коммутирующего оборудования Frame Relay в цент
ральных офисах (CO) телекоммуникационной линии. В этом случае поль
зователи могут реализовать экономические выгоды от тарифов начисле
ний за пользование услугами, чувствительных к трафику, и освобождены
от работы по администрированию, поддержанию и обслуживанию обору
дования сети.
Для любого типа сети линии, подключающие устройства пользова
теля к оборудованию сети, могут работать на скорости, выбранной из ши
рокого диапазона скоростей передачи информации. Типичными являют
ся скорости в диапазоне от 56 Kb/сек до 2 Mb/сек, хотя технология Frame
Лекция 2: Объединенные сети
135
Relay может обеспечивать также и более низкие и более высокие скоро
сти. Ожидается, что в скором времени будут доступны реализации, спо
собные оперировать каналами связи с пропускной способностью свыше
45 Mb/сек (DS3).
Как в общедоступной, так и в частной сети факт обеспечения уст
ройств пользователя интерфейсами Frame Relay не является обязатель
ным условием того, что между сетевыми устройствами используется про
токол Frame Relay. В настоящее время не существует стандартов на
оборудование межсоединений внутри сети Frame Relay. Таким образом,
могут быть использованы традиционные технологии коммутации цепей,
коммутации пакетов, или гибридные методы, комбинирующие эти техно
логии.
SMDS
Switched Multimegabit Data Service (SMDS) (Служба коммутации
данных мультимегабитного диапазона) является службой дейтаграмм с
коммутацией пакетов, предназначенной для высокоскоростных инфор
мационных сообщений глобальных сетей. Обеспечивая пропускную спо
собность, которая первоначально будет находиться в диапазоне от 1 до 34
Mg/сек, SMDS в настоящее время начинает повсеместно использоваться
в общедоступных сетях передачи данных коммерческими сетями связи в
результате реакции на две тенденции. Первая из нихэто пролиферация
обработки распределенных данных и других прикладных задач, для реа
лизации которых необходимы высокопроизводительные объединенные
сети. Второй тенденцией является уменьшающаяся стоимость и высокий
потенциал полосы пропускания волоконнооптического носителя, обес
печивающие жизнеспособность таких прикладных задач при их исполь
зовании в глобальных сетях.
SMDS описана в серии спецификаций, выпущенных Bell
Communications Reseach (Bellcore) и принятых поставщиками оборудова
ния для телекоммуникаций и коммерческими сетями связи. Одна из этих
спецификаций описывает SMDS Interface Protocol (SIP) (Протокол ин
терфейса SMDS), который является протоколом согласования между ус
тройством пользователя (называемым также customer premises equipment
— CPE — оборудованием в помещении заказчика) и оборудованием сети
SMDS. SIP базируется на стандартном протоколе IEEE для сетей крупных
городов (MAN), т.е. на стандарте IEEE 802.6 Distribuited Queue Dual bus
(DQDB) (Дублированная шина очередей к распределенной базе данных).
При применении этого протокола устройства CPE, такие как роутеры,
могут быть подключены к сети SMDS и пользоваться обслуживанием
SMDS для высокоскоростных объединенных сетей.
Лекция 2: Объединенные сети
136
Основы технологии
Доступ к SMDS обеспечивается либо через средства передачи с про
пускной способностью 1.544Mgps (DS1 или Digital Signal 1), либо через
средства передачи с пропускной способностью 44.736Mgps (DS3 или
Digital Signal 3). Несмотря на то, что SMDS обычно описывается как об
служивание, базирующееся на волоконнооптических носителях, доступ
DS1 может быть обеспечен либо через волоконнооптический, либо че
рез базирующийся на меди носитель с достаточно хорошими показателя
ми характеристики погрешностей. Пункт разграничения между сетью
SMDS частной компании — владельца сети связи и оборудованием кли
ента называется интерфейсом абонент/сеть (SNI).
Единицы данных SMDS могут содержать в себе до 9,188 восьмиби
товых байтов информации пользователя. Следовательно, SMDS способен
формировать все пакеты данных IEEE 802.3, IEEE 802.4, IEEE 802.5 и
FDDI. Большой размер пакета согласуется с задачами высокоскоростно
го обслуживания.
Адресация
Как и у других дейтаграммных протоколов, единицы данных SMDS
несут адрес как источника, так и пункта назначения. Получатель едини
цы данных может использовать адрес источника для возврата данных от
правителю и для выполнения таких функций, как разрешение адреса
(отыскание соответствия между адресами высших уровней и адресами
SMDS). Адреса SMDS являются 10значными адресами, напоминающи
ми обычные телефонные номера.
Кроме того, SMDS обеспечивает групповые адреса, которые позво
ляют отправлять одну информационную единицу, которая затем достав
ляется сетью нескольким получателям. Групповая адресация аналогична
многопунктовой адресации в локальных сетях и является ценной харак
теристикой для прикладных задач объединенных сетей, где она широко
используется для маршрутизации, разрешения адреса и динамического
нахождения ресурсов сети (таких, как служебные файловые процессоры).
SMDS обеспечивает несколько других характеристик адресации.
Адреса источников подтверждаются сетью для проверки законности на
значения рассматриваемого адреса тому SNI, который является его источ
ником. Таким образом пользователи защищаются от обманного присвое
ния адреса (address spoofing), когда какойнибудь отправитель выдает себя
за другого отправителя. Возможна также отбраковка (экранирование) ад
ресов источника и пункта назначения. Отбраковка адресов источника
производится в тот момент, когда информационные единицы уходят из
сети, в то время как отбраковка адресов пункта назначения производится
в момент входа информационных единиц в сеть. Если адреса не являют
ся разрешенными адресами, то доставка информационной единицы не
Лекция 2: Объединенные сети
137