Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Інтеграція різнорідних мереж
Введення
Тема «інтеграція різнорідних мереж». метод високошвидкісної передачі даних з використанням безупинно наступних один за одним осередків фіксованої довжини, званий ATM (Asynchronous Transfer Mode - асинхронний режим передачі). Технологія АТМ розвивається по шляху використання міжнародних стандартів і дозволяє передавати по магістральній лінії зв'язку з високою швидкістю великі обсяги даних різного типу (мова в реальному часі, відеозображення, цифрові дані і т.д.). При цьому забезпечується можливість масштабування мережі зв'язку, нарощування її можливостей у міру зростання потреб користувачів в обсягах переданих даних і в переліку послуг.
Зазвичай застосовується в цифровій телефонії технологія, заснована на комутованих цифрових мережах, використовує технологію синхронної передачі. У такій системі між двома абонентами встановлюється пряме з'єднання (канал) по лініях зв'язку і біти, що представляють голосову інформацію, передаються через цей канал. Швидкість надходження інформації на приймач повністю відповідає швидкості надходження інформації в канал з боку джерела інформації. Для передачі великого числа каналів по лінії зв'язку застосовується мультиплексування каналів-небудь частотне, або тимчасове. Однак, в такій системі передача цифрових даних (наприклад, при обміні інформацією між двома ЕОМ) є складним завданням з точки зору оптимального завантаження каналу, а значить і зниження вартості його експлуатації. Трафік такого обміну носить яскраво виражений пульсуючий характер і значну частину часу канал не передає інформації, що призводить до недовантаження мережі. Мережі з пакетною комутацією представляють собою альтернативний спосіб передачі цифрової інформації. При цій технології послідовність біт від передавача полягають у контейнер, який називається пакетом. Пакет забезпечений заголовком, де вказана службова інформація - адреса відправника, адресу одержувача, зазначений спосіб перевірки цілісності вмісту пакета і т.д. Цей пакет даних надходить на комутатор мережі, який з'єднаний з великою кількістю користувачів. Використовуючи інформацію заголовка, комутатор обробляє пакети і розсилає їх за адресами через інші комутатори за загальними лініях зв'язку. Так як кожен комутатор пов'язаний з великою кількістю користувачів, то при використанні буферизації відбувається згладжування пульсацій трафіку і лінія зв'язку може бути завантажена оптимальним чином. Такий режим передачі називається асинхронним. Ця система хороша для обміну даними між ЕОМ. Корпоративні мережеві стандарти дозволяють забезпечити ефективну взаємодію всіх станцій мережі за рахунок використання однакових версій програм і однотипної конфігурації. Значні труднощі виникають при уніфікації технології доступу робочих станцій до WAN-сервісу, оскільки в цьому випадку відбувається перетворення даних з формату token ring або Ethernet у формати типу X.25 або T1/E1. ATM забезпечує зв'язок між станціями однієї мережі або передачу даних через WAN-мережі без зміни формату осередків - технологія ATM є універсальним рішенням для ЛОМ та телекомунікацій. Швидкісні технології ЛВС є основою сучасних мереж. ATM, FDDI і Fast Ethernet є основними варіантами для організація мереж з урахуванням перспективи. Очевидно, що додаткам multimedia, систем обробки зображень, CAD / CAM, Internet і ін потрібно широкосмуговий доступ в мережу з робочих станцій. Всі сучасні технології забезпечують високу швидкість доступу для робочих станцій, але тільки ATM забезпечує ефективний зв'язок між локальними і WAN-мережами [1].
Практична цінність роботи полягає у можливості використання отриманих матеріалів дослідження в практичних курсах навчальних закладів технічного спрямування.
1. Інтеграція різнорідних мереж
1.1 Підходи до інтеграції різнорідних мереж
Системна інтеграція - комплексний підхід до автоматизації проектування, виробництва та створення (корпоративних) інформаційних мереж.
Використання різних базових мережевих технологій.
Базова мережева технологія - це узгоджений набір протоколів і реалізують їх програмно-апаратних засобів, достатній для побудови обчислювальної мережі. Протоколи, на основі яких будується мережа базової технології, спеціально розроблялися для спільної роботи, тому від розробника мережі не потрібно додаткових зусиль по організації їх взаємодії. Прикладами базових мережевих технологій можуть служити добре відомі технології Ethernet і Token Ring для локальних мереж і технології Х.25 і frame relay для територіальних мереж. Для отримання працездатної мережі в цьому випадку досить придбати програмні і апаратні засоби, що належать до однієї базової технології - мережеві адаптери з драйверами, концентратори, комутатори, кабельну систему і т.п., і з'єднати їх відповідно до вимог стандарту на дану технологію.
Побудова великої мережі на основі однієї базової технології - це велика рідкість. Звичайним станом для будь-якої обчислювальної мережі середніх і великих розмірів є співіснування різних стандартів і базових технологій. Поява нових технологій, таких як Fast Ethernet або 100VG-AnyLAN, не означає, що миттєво зникають старі, наприклад, 10-мегабітний Ethernet, Token Ring чи FDDI, так як в ці технології були зроблені величезні капіталовкладення. Тому важко розраховувати на витіснення в доступному для огляду майбутньому всіх технологій якоюсь однією, хоча б і такий багатообіцяючою, як ATM [2].
Ступінь неоднорідності мережевих технологій суттєво зростає при необхідності об'єднання локальних і глобальних мереж, що мають, як правило, істотно різні стеки протоколів. Хоча в останні роки і намітилася тенденція до зближення методів передачі даних, використовуваних у цих двох типах обчислювальних мереж, відмінності між ними все ще великі. Тому в межах однієї корпоративної мережі зазвичай використовується великий набір різноманітних базових топологій і завдання об'єднання їх усіх в єдину мережу, прозору для транспортних операцій кінцевих вузлів, вимагає залучення спеціальних методів і засобів.
Найпоширенішим засобом об'єднання різнорідних транспортних технологій є використання єдиного мережевого протоколу в усіх вузлах корпоративної мережі. Єдиний мережевий протокол працює на основі протоколів базових технологій і є тим загальним стрижнем, який їх об'єднує. Саме на основі загального мережевого протоколу маршрутизатори здійснюють передачу даних між мережами, навіть у випадку дуже істотних відмінностей між їх базовими мережевими технологіями.
Хоча ідея об'єднання складовою мережі за допомогою маршрутизаторів увазі використання у всіх частинах мережі одного мережевого протоколу, дуже часто мережевим інтеграторам і адміністраторам доводиться стикатися із завданням об'єднання мереж, кожна з яких вже працює на основі свого мережевого протоколу. Є кілька мережевих протоколів, які набули широкого поширення: IP, IPX, DECnet, Banyan IP, AppleTalk. Кожен з них має свою нішу і своїх прихильників, тому дуже ймовірно, що в окремих частинах великої мережі будуть використовуватися різні мережні протоколи. Маршрутизатори, навіть багатопротокольний, не можуть вирішити завдання спільної роботи мереж, що використовують різні мережні протоколи, тому в таких випадках використовуються інші засоби, наприклад, програмні шлюзи.
Комбінування різних протоколів збору маршрутної інформації (RIP, OSPF, NLSP).
Маршрутизатори будують свої адресні таблиці за допомогою спеціальних службових протоколів, які зазвичай називають протоколами обміну маршрутною інформацією або протоколами маршрутизації [3].
Протоколи обміну маршрутною інформацією також існують не в однині. По-перше, протокол обміну маршрутною інформацією тісно пов'язаний з певним протоколом мережного рівня, так як він повинен відображати спосіб адресації мереж і вузлів, прийнятий у цьому мережевому протоколі. Тому для кожного мережевого протоколу повинен використовуватися свій протокол обміну маршрутною інформацією. По-друге, для кожного мережевого протоколу розроблено декілька протоколів обміну маршрутною інформацією, що відрізняються способом побудови таблиці маршрутизації.
У результаті в корпоративній мережі може одночасно працювати кілька протоколів обміну маршрутною інформацією, наприклад, RIP IP, RIP IPX, OSPF, NLSP, IGRP. Для того, щоб домогтися їх узгодженої роботи, від адміністратора мережі потрібне використання відповідних маршрутизаторів і виконання специфічних операцій з їх налаштування.
Несумісність обладнання різних виробників.
Проблеми несумісності обладнання різних виробників, виникають найчастіше з трьох причин:
використання фірмових стандартів;
поліпшення стандартів - введення додаткових функцій і властивостей.
1.2 Підходи до організації роботи різнорідних мереж
Існує три основні підходи до організації роботи різнорідних мереж - це мультиплексування, трансляція і інкапсуляція протоколів. Тепер докладніше про кожен з них.
Ущільнення каналів.
Мультиплексування - технологія поділу засобів передачі даних між групою використовують їх об'єктів.
У базовій еталонної моделі взаємодії відкритих систем мультиплексуванням називається функція N-рівня, за допомогою якої одне з'єднання N-1 рівня, використовується для підтримки декількох з'єднань N-рівня. І, назад, демультиплексирование іменується функція ідентифікації безлічі N-з'єднань, підтримуваних одним з'єднанням N-1 рівня. Мультиплексування є функцією, виконуваної всередині рівня.
На фізичному рівні мультиплексування дозволяє з'єднувати один фізичний канал з групою каналів.
У територіальній мережі структура з мультиплексором використовується в тих випадках, коли абонентські системи, що включаються в мережу, компактно розташовані в одному місці, наприклад, в будівлі. У цьому випадку група систем підключається до вузла комутації одним фізичним каналом.
Аналогічно цьому, по одному фізичному каналу, що з'єднує в територіальній мережі два вузли комутації, програмне мультиплексування забезпечує взаємодію багатьох пар абонентських систем.
У локальній мережі мультиплексування дозволяє зв'язати групу систем одним загальним для них фізичним каналом.
Природно, що у всіх випадках пропускна здатність загального каналу До повинна забезпечити необхідні швидкості передачі даних [4].
Існує тимчасове і частотне мультиплексування. При тимчасовому мультиплексировании парам взаємодіючих систем для передачі даних фізичний канал K надається по черзі (у різні інтервали часу). Процедури, відповідно до яких здійснюється робота, визначаються одним з таких способів:
тимчасове мультиплексування TDM;
статистико-тимчасове мультиплексування STDM;
множинний доступ з контролем передачі і виявленням зіткнень;
множинний доступ з передачею повноваження;
множинний доступ з поділом часу;
асинхронний спосіб передачі.
Перші два способи ставляться до випадків, коли мультиплексування здійснює мультиплексор. При тимчасовому мультиплексировании TDM канал До надається всім системам по черзі незалежно від того, чи є у них дані для передачі. При мультиплексировании STDM канал До представляється, по черзі тільки тим системам, яким є що передати в ті моменти часу, коли ця можливість надається. Наступні три способи використовуються тоді, коли системи безпосередньо (без мультиплексорів) підключаються до загального каналу. Асинхронний спосіб може використовуватися в усіх каналах.
При частотному мультиплексировании смуга пропускання фізичного каналу До ділиться на ряд вузьких частотних смуг. Процедури використання частотного мультиплексування в коаксіальному кабелі, оптичному кабелі, або радіоканалі характеризуються множинним доступом з розділенням частоти.
Частотне і тимчасове мультиплексування можуть застосовуватися одночасно. У цьому випадку, у фізичному каналі виділяються частотні смуги. У будь-якій з цих смуг кожній системі для передачі даних надаються певні інтервали часу [5].
У результаті мультиплексування в одному фізичному каналі створюється група логічних каналів.
Трансляція протоколів.
Трансляція забезпечує узгодження двох протоколів шляхом перетворення (трансляції) повідомлень, що надходять від однієї мережі, у формат іншої мережі. Транслює елемент у якості якого можуть виступати, наприклад, програмний чи апаратний шлюз, міст, комутатор або маршрутизатор, розміщується між взаємодіючими мережами і служить посередником у їх «діалозі».
Залежно від типу трансльованих протоколів процедура трансляції може мати різну ступінь складності. Так, перетворення протоколу Ethernet у протокол Token Ring зводиться до декільком нескладним дій, головним чином завдяки тому, що в обох протоколах використовується єдина адресація вузлів. А ось трансляція протоколів мережевого рівня IP і IPX є набагато більш складний, інтелектуальний процес, що включає не тільки перетворення форматів повідомлень, але і відображення адрес мереж і вузлів, різним чином трактували в цих протоколах [7].
Слід зазначити, що складність трансляції залежить не від того, наскільки високому рівню відповідають транслюються протоколи, а від того, наскільки сильно вони розрізняються. Так, наприклад, дуже складним представляється трансляція протоколів канального рівня ATM-Ethernet, саме тому для їх узгодження використовується не трансляція, а інші підходи.
До окремого випадку трансляції протоколів може бути віднесений широко застосовуваний підхід з використанням загального протоколу мережевого рівня (IP або IPX). Тема мережевого рівня несе інформацію, яка, доповнюючи інформацію заголовка канального рівня, дозволяє виконувати перетворення протоколів канального рівня. Процедура трансляції в даному випадку виконується маршрутизаторами, причому крім інформації, що міститься в заголовках трансльованих кадрів, тобто в заголовках канального рівня, додатково використовується інформація більш високого рівня, яку видобувають із заголовків мережевого рівня.
Трансляцію протоколів можуть виконувати різні пристрої - мости, комутатори, маршрутизатори, програмні і апаратні шлюзи. Часто транслятор протоколів називають шлюзом в широкому сенсі, незалежно від того, які протоколи він транслює. У цьому випадку підкреслюється той факт, що трансляція здійснюється виділеним пристроєм, що з'єднує дві різнорідні мережі [8].
Інкапсуляція (тунелювання) протоколів.
Інкапсуляція (encapsulation) або тунелювання (tunneling) - це ще один метод рішення задачі узгодження мереж, який однак застосуємо тільки для узгодження транспортних протоколів і лише за певних обмежень. Інкапсуляція може бути використана, коли дві мережі з однієї транспортної технологією необхідно з'єднати через мережу, що використовує іншу транспортну технологію. Необхідно забезпечити тільки взаємодія вузлів двох мереж NetBIOS, а взаємодія між вузлами NetBIOS і вузлами мережі TCP / IP не передбачається. Тобто, при інкапсуляції проміжна мережа використовується тільки як транзитна транспортна система.
Метод інкапсуляції полягає в тому, що прикордонні маршрутизатори, які підключають об'єднуються мережі до транзитної, упаковують пакети транспортного протоколу об'єднуються мереж в пакети транспортного протоколу транзитної мережі. У даному випадку пакети NetBIOS упаковуються в пакети TCP, як якщо б пакети NetBIOS представляли собою повідомлення протоколу прикладного рівня. Потім пакети NetBIOS переносяться по мережі TCP / IP до іншого прикордонного маршрутизатора. Другий прикордонний маршрутизатор виконує зворотну операцію - він витягує пакети NetBIOS з пакетів TCP і відправляє їх по мережі призначення адресату.
Для реалізації методу інкапсуляції прикордонні маршрутизатори повинні бути відповідним чином налаштовані. Вони повинні знати, по-перше, IP-адреси один одного, по-друге - NetBIOS-імена вузлів об'єднуються мереж. Маючи таку інформацію, вони можуть прийняти рішення про те, які NetBIOS-пакети, потрібно переправити через транзитну мережу, яку IP-адресу вказати в пакеті, переданому через транзитну мережу і яким чином доставити NetBIOS-пакет вузлу призначення в кінцевій мережі.
Інкапсуляція може бути використана для транспортних протоколів будь-якого рівня. Наприклад, протокол мережевого рівня Х.25 може бути инкапсулирован до протоколу транспортного рівня TCP, або ж протокол мережевого рівня IP може бути инкапсулирован до протоколу мережевого рівня Х.25. Для узгодження мереж на мережевому рівні можуть бути використані багатопротокольний і инкапсулирующие маршрутизатори, а також програмні і апаратні шлюзи [9].
Зазвичай інкапсуляція призводить до більш простим і швидким рішенням в порівнянні з трансляцією, бо вирішує більш приватну задачу, не забезпечуючи взаємодії з вузлами транзитної мережі.
Порівняння трансляції та мультиплексування.
Використання техніки трансляції пов'язано з наступними перевагами:
Не потрібно встановлювати додаткове програмне забезпечення на робочих станціях.
Зберігається звичне середовище користувачів і додатків, транслятор повністю прозорий для них.
Всі проблеми міжмережевої взаємодії локалізовані, отже, спрощується адміністрування, пошук несправностей, забезпечення безпеки.
Недоліки узгодження протоколів шляхом трансляції полягають у тому, що:
Транслятор уповільнює роботу з-за щодо великих тимчасових витрат на складну процедуру трансляції, а також через очікування запитів в чергах до єдиного елементу, через який проходить весь міжмережевий трафік.
Централізація обслуговування запитів до «чужої» мережі знижує надійність. Проте можна передбачити резервування - використовувати декілька трансляторів.
При збільшенні числа користувачів та інтенсивності звернень до ресурсів іншої мережі різко знижується продуктивність - погана масштабованість [10].
Переваги мультиплексування в порівнянні з трансляцією протоколів полягають у наступному:
Запити виконуються швидше, за рахунок відсутності черг до єдиного межсетевому пристрою і використання більш простий, ніж трансляція, процедури перемикання на потрібний протокол.
Більш надійний спосіб - при відмові стека на одному з комп'ютерів доступ до ресурсів іншої мережі можливий за допомогою протоколів, встановлених на інших комп'ютерах.
Недоліки цього підходу.
Складніше здійснюється адміністрування і контроль доступу.
Висока надмірність вимагає додаткових ресурсів від робочих станцій, особливо коли потрібно встановити кілька стеків для доступу до декількох мереж [11].
Менш зручний для користувачів у порівнянні з транслятором, так як вимагає навичок роботи з транспортними протоколами «чужих» мереж.
1.3 Мережеве обладнання
Мережеве устаткування - пристрої, необхідні для роботи комп'ютерної мережі, наприклад: маршрутизатор, комутатор та ін Зазвичай виділяють активне і пасивне мережеве обладнання.
Під активним мається на увазі устаткування, за яким слід деяка «інтелектуальна» особливість. Тобто маршрутизатор, комутатор (світч) і т.д. є активним мережним устаткуванням. Навпаки - повторювач (репітер) і концентратор (хаб) не є АСО, так як просто повторюють електричний сигнал для збільшення відстані з'єднання або топологічного розгалуження і нічого «інтелектуального» собою не представляють. Але керовані свитчи відносяться до активного мережного обладнання, так як можуть бути наділені певною «інтелектуальної особливістю». Нижче наведено короткий огляд.
Маршрутизатор.
Маршрутизатор або рутер (від англ. Router) - мережевий пристрій, на підставі інформації про топологію мережі і певних правил, приймає рішення про пересилання пакетів мережевого рівня (рівень 3 моделі OSI) між різними сегментами мережі.
Працює на більш високому рівні, ніж комутатор і мережевий міст.
Принцип роботи.
Зазвичай маршрутизатор використовує адресу одержувача, вказану в пакетах даних, і визначає за таблицею маршрутизації шлях, за яким слід передати дані. Якщо в таблиці маршрутизації для адреси немає описаного маршруту, пакет відкидається.
Існують і інші способи визначення маршруту пересилки пакетів, коли, наприклад, використовується адреса відправника, використовувані протоколи верхніх рівнів і інша інформація, що міститься в заголовках пакетів мережевого рівня. Нерідко маршрутизатори можуть здійснювати трансляцію адрес відправника і одержувача, фільтрацію транзитного потоку даних на основі певних правил з метою обмеження доступу, шифрування / дешифрування передаваних даних і т.д.
Таблиця маршрутизації містить інформацію, на основі якої маршрутизатор приймає рішення про подальшу пересилання пакетів. Таблиця складається з деякого числа записів - маршрутів, в кожній з яких міститься адреса мережі одержувача, адреса наступного вузла, якому слід передавати пакети і деякий вага запису - метрика. Метрики записів в таблиці грають роль в обчисленні найкоротших маршрутів до різних одержувачів. Залежно від моделі маршрутизатора і використовуваних протоколів маршрутизації, в таблиці може міститися деяка додаткова службова інформація.
Таблиця маршрутизації може складатися двома способами.
Статична маршрутизація - коли записи в таблиці вводяться і змінюються вручну. Такий спосіб вимагає втручання адміністратора кожного разу, коли відбуваються зміни в топології мережі. З іншого боку, він є найбільш стабільним і вимагає мінімуму апаратних ресурсів маршрутизатора для обслуговування таблиці.
Динамічна маршрутизація - коли записи в таблиці оновлюються автоматично за допомогою одного або декількох протоколів маршрутизації - RIP, OSPF, EIGRP, IS-IS, BGP, і ін Крім того, маршрутизатор будує таблицю оптимальних шляхів до мереж призначення на основі різних критеріїв - кількості проміжних вузлів, пропускної спроможності каналів, затримки передачі даних і т.п. Критерії обчислення оптимальних маршрутів найчастіше залежать від протоколу маршрутизації, а також задаються конфігурацією маршрутизатора. Такий спосіб побудови таблиці дозволяє автоматично тримати таблицю маршрутизації в актуальному стані і обчислювати оптимальні маршрути на основі поточної топології мережі. Проте динамічна маршрутизація надає додаткове навантаження на пристрої, а висока нестабільність мережі може приводити до ситуацій, коли маршрутизатори не встигають синхронізувати свої таблиці, що призводить до суперечливих відомостей про топологію мережі в різних її частинах і втраті передаваних даних. Найчастіше для побудови таблиць маршрутизації використовують теорію графів.
Застосування.
Маршрутизатори допомагають зменшити завантаження мережі, завдяки її поділу на домени колізій і широкомовні домени, а також завдяки фільтрації пакетів. В основному їх застосовують для об'єднання мереж різних типів, часто несумісних з архітектури і протоколів, наприклад для об'єднання локальних мереж Ethernet і WAN-з'єднань, що використовують протоколи xDSL, PPP, ATM, Frame relay і т.д. Нерідко маршрутизатор використовується для забезпечення доступу з локальної мережі в глобальну мережу Інтернет, здійснюючи функції трансляції адрес і міжмережевого екрану.
В якості маршрутизатора може виступати як спеціалізований (апаратне) пристрій (характерний представник Juniper), так і звичайний комп'ютер, що виконує функції маршрутизатора. Існує кілька пакетів програмного забезпечення (в основному на основі ядра Linux) за допомогою якого можна перетворити ПК в високопродуктивний і багатофункціональний маршрутизатор, наприклад GNU Zebra [12].
Мережевий комутатор.
Мережевий комутатор або світч (жарг. від англ. Switch - перемикач) - пристрій, призначений для з'єднання декількох вузлів комп'ютерної мережі в межах одного сегмента. На відміну від концентратора, який розповсюджує трафік від одного підключеного пристрою до всіх інших, комутатор передає дані лише безпосередньо отримувачу. Це підвищує продуктивність і безпеку мережі, рятуючи інші сегменти мережі від необхідності (і можливості) обробляти дані, які їм не призначалися.
Комутатор працює на канальному рівні моделі OSI, і тому в загальному випадку можуть тільки об'єднати вузли однієї мережі по їх MAC-адресами. Для з'єднання декількох мереж на основі мережного рівня служать маршрутизатори.
Принцип роботи комутатора.
Комутатор зберігає в пам'яті таблицю, в якій вказується відповідність MAC-адреси вузла порту комутатора. При включенні комутатора ця таблиця порожня, і він працює в режимі навчання. У цьому режимі поступають на який-небудь порт передаються на всі інші порти комутатора. При цьому комутатор аналізує кадри і, визначивши MAC-адресу хоста-відправника, заносить його в таблицю. Згодом, якщо на один з портів комутатора надійде кадр, призначений для хоста, MAC-адреса якого вже є в таблиці, то цей кадр буде переданий тільки через порт, зазначений у таблиці. Якщо MAC-адреса хоста-отримувача ще не відомий, то кадр буде продубльований на всі інтерфейси. З часом комутатор будує повну таблицю для всіх своїх портів, і в результаті трафік локалізується.
Режими комутації.
Існує три способи комутації. Кожен з них - це комбінація таких параметрів, як час очікування й надійність передачі.
З проміжним зберіганням (Store and Forward). Комутатор читає всю інформацію у фреймі, перевіряє його на відсутність помилок, вибирає порт комутації й після цього посилає в нього фрейм.
Наскрізний (cut-through). Комутатор зчитує у фреймі тільки адреса призначення й після виконує комутацію. Цей режим зменшує затримки при передачі, але в ньому немає методу виявлення помилок.
Безфрагментний (fragment - free) або гібридний. Цей режим є модифікацією наскрізного режиму. Передача здійснюється після фільтрації фрагментів колізій (фрейми розміром 64 байта обробляються за технологією store-and-forward, інші за технологією cut-through).
Можливості та різновиди комутаторів.
Комутатори підрозділяються на керовані і некеровані (найбільш прості). Більш складні комутатори дозволяють управляти комутацією на канальному (другому) і мережному (третьому) рівні моделі OSI. Зазвичай їх називають відповідно, наприклад Layer 2 Switch або просто, скорочено L2. Керування комутатором може здійснюватися за допомогою протоколу Web-інтерфейсу, SNMP, RMON (протокол, розроблений Cisco) і т.п. Багато керованих комутаторів дозволяють виконувати додаткові функції: VLAN, QoS, агрегування, віддзеркалення. Складні комутатори можна поєднувати в один логічний пристрій - стек, з метою збільшення числа портів (наприклад, можна об'єднати 4 комутатори з 24 портами і одержати логічний комутатор з 96 портами).
Під пасивним мережним устаткуванням мається на увазі обладнання, не наділене «інтелектуальними» особливостями. Нижче наведено короткий огляд [13].
Повторювач.
Повторювач (жарг. - репітер, англ. Repeater) - мережеве обладнання.
Призначений для збільшення відстані мережевого з'єднання шляхом повторення електричного сигналу «один в один». Бувають однопортові повторювачі і багатопортовий. У термінах моделі OSI працює на фізичному рівні. Однією з перших завдань, яке стоїть перед будь-технологією транспортування даних, є можливість їх передачі на максимально велику відстань.
Фізична середовище накладає на цей процес своє обмеження - рано чи пізно потужність сигналу падає, і прийом стає неможливим. При цьому не має значення абсолютне значення амплітуди - для розпізнавання важливе співвідношення сигнал / шум.
Звичне для аналогових систем посилення не годиться для високочастотних цифрових сигналів. Зрозуміло, при його використанні якийсь невеликий ефект може бути досягнутий, але із збільшенням відстані спотворення швидко порушать цілісність даних.
Проблема не нова, і в таких ситуаціях застосовують не посилення, а повторення сигналу. При цьому пристрій на вході має приймати сигнал, далі розпізнавати його первісний вигляд, і генерувати на виході його точну копію. Така схема в теорії може передавати дані на як завгодно великі відстані (якщо не враховувати особливості поділу фізичного середовища в Ethernet).
Спочатку в Ethernet використовувався коаксіальний кабель з топологією «шина», і потрібно було з'єднувати між собою лише кілька протяжних сегментів. Для цього зазвичай використовувалися повторювачі (repeater), що мали два порти. Трохи пізніше з'явилися багатопортовий пристрої, які називаються концентраторами (concentrator). Їх фізичний зміст був такий самий, але відновлений сигнал транслювався на всі активні порти, крім того, з якого прийшов сигнал.
З появою протоколу 10baseT (кручений пари) для уникнення термінологічної плутанини багатопортовий повторювачі для витої пари стали називатися мережевими концентраторами (хабами), а коаксіальні - повторювачами (репітерами), принаймні, у російськомовній літературі. Ці назви добре прижилися, і використовуються в даний час дуже широко.
Концентратор.
Концентратор або Хаб (жарг. від англ. Hub - центр діяльності) - мережеве пристрій, призначений для об'єднання кількох пристроїв Ethernet в спільний сегмент мережі. Пристрої підключаються за допомогою витої пари, коаксіального кабелю чи оптоволокна.
В даний час майже не випускаються - їм на зміну прийшли мережеві комутатори (свитчи), що виділяють кожне підключений пристрій в окремий сегмент. Мережеві комутатори помилково називають «інтелектуальними концентраторами».
Принцип роботи.
Концентратор працює на фізичному рівні мережевої моделі OSI, повторює приходить на один порт сигнал на всі активні порти. У разі надходження сигналу на два і більше порту одночасно виникає колізія, і передані кадри даних втрачаються. Таким чином, всі підключені до концентратора пристрої знаходяться в одному домені колізій. Концентратори завжди працюють в режимі напівдуплекса, всі підключені пристрої Ethernet поділяють між собою надається смугу доступу.
Багато моделей концентраторів мають найпростішу захист від зайвої кількості колізій, що виникають з причини одного з підключених пристроїв. У цьому випадку вони можуть ізолювати порт від загального середовища передачі. З цієї причини, мережеві сегменти, засновані на кручений парі набагато стабільніші в роботі сегментів на коаксіальному кабелі, оскільки в першому випадку кожен пристрій може бути ізольоване концентратором від загального середовища, а в другому випадку декілька пристроїв підключаються за допомогою одного сегмента кабелю, і, в випадку великої кількості колізій, концентратор може ізолювати лише весь сегмент [14].
Останнім часом концентратори використовуються досить рідко, замість них набули поширення комутатори - пристрої, що працюють на канальному рівні моделі OSI і підвищують продуктивність мережі шляхом логічного виділення кожного підключеного пристрою в окремий сегмент, домен колізії.
Характеристики мережевих концентраторів.
Кількість портів - роз'ємів для підключення мережевих ліній, звичайно випускаються концентратори з 4, 5, 6, 8, 16, 24 і 48 портами (найбільш популярні з 4, 8 і 16). Концентратори з великою кількістю портів значно дорожче. Однак концентратори можна з'єднувати каскадно один до одного, нарощуючи кількість портів сегмента мережі. У деяких для цього передбачені спеціальні порти.
Швидкість передачі даних - вимірюється в Мбіт / с, випускаються концентратори зі швидкістю 10, 100 і 1000. Крім того, в основному поширені концентратори з можливістю зміни швидкості, позначаються як 10/100/1000 Мбіт / с. Швидкість може перемикатися як автоматично, так і за допомогою перемичок або перемикачів. Зазвичай, якщо хоча б один пристрій приєднано до концентратора на швидкості нижнього діапазону, він буде передавати дані на всі порти з цією швидкістю.
Тип мережний носій - зазвичай це вита пара або оптоволокно, але існують концентратори і для інших носіїв, а також змішані, наприклад для витої пари і коаксіального кабелю [15].
Оптоволокно.
Оптоволокно - це скляна або пластикова нитка, що використовується для перенесення світла усередині себе завдяки повному внутрішньому віддзеркаленню. Відповідно до фізичних властивостей оптоволокна необхідні спеціальні методи для їх з'єднання з устаткуванням. Оптоволокна є базою для різних типів кабелів, залежно від того, де вони будуть використовуватися.
Принцип передачі світла усередині оптоволокна був вперше продемонстрований за часів королеви Вікторії (1837-1901 рр..), Але розвиток сучасних оптоволокон почалося в 1950-х роках. Їх почали використовувати в зв'язку дещо пізніше, в 1970-х; з цього часу технічний прогрес значно збільшив діапазон застосування і швидкість поширення оптоволокон, а також зменшив вартість систем оптоволоконного зв'язку.
Коаксіальний кабель.
Коаксіальний кабель (від лат. Co - спільно і axis - вісь, тобто «співвісний») - вид електричного кабелю. Складається з двох циліндричних провідників, співвісно вставлених один в іншій. Найчастіше використовується центральний мідний провідник, покритий пластиковим ізолюючим матеріалом, поверх якого йде другий провідник - мідна оплетка або алюмінієва фольга з оплеткой з мідних луджених дротів. Сучасний телевізійний коаксіальний кабель має внутрішній провідник з обмідненого сталі, внутрішній діелектрик з спіненого поліетилену і екранування фольгою і сталевий опліткою. Деякі кабелі мають два шари фольги, між якими знаходиться сталева оплітка. Завдяки збігу центрів обох провідників втрати на випромінювання практично відсутні; одночасно забезпечується хороший захист від зовнішніх електромагнітних перешкод. Тому такий кабель забезпечує передачу даних на великі відстані і використовувався при побудові комп'ютерних мереж (поки не був витіснений кручений парою). Використовується в мережах кабельного телебачення і в багатьох інших областях. Основною характеристикою кабелю є хвильовий опір. У залежності від цієї величини і товщини коаксіальний кабель ділиться на кілька категорій. Комп'ютерні мережі на основі цього кабелю зазвичай вимагають наявності термінаторів (узгоджених навантажень) на кінцевих точках.
Вита пара.
Вита пара (англ. twisted pair) - вид кабелю зв'язку, являє собою одну або кілька пар ізольованих провідників, скручених між собою (з невеликою кількістю витків на одиницю довжини), покритих пластиковою оболонкою. Звивання провідників проводиться з метою підвищення зв'язку провідників однієї пари (електромагнітна завада однаково впливає на обидва дроту пари) і подальшого зменшення електромагнітних перешкод від зовнішніх джерел, а також взаємних наведень при передачі диференціальних сигналів. Для зниження зв'язку окремих пар кабелю (періодичного зближення провідників різних пар) в кабелях UTP категорії 5 і вище дроти пари звиваються з різним кроком. Вита пара - один з компонентів сучасних структурованих кабельних систем. Використовується в телекомунікаціях і в комп'ютерних мережах як мережний носій в багатьох технологіях, таких як Ethernet, Arcnet і Token ring. В даний час, завдяки своїй дешевизні і легкості в монтажі, є найпоширенішим для побудови локальних мереж [16].
Трансляція - гідність зберігає в незмінному вигляді програмне забезпечення на клієнтських комп'ютерах. Недолік, як у будь-якого централізованого кошти, великі часові затримки у разі інтенсивного надходження запитів.
Мультиплексування - гідність полягає у швидкодії. Недолік надмірність і ускладнення адміністрування.
Інкапсуляція - гідність призводить до більш простих рішень. Недолік не забезпечує взаємодії з вузлами транзитної мережі.
2. Технологія АТМ
2.1 Базові принципи технології ATM
Базові принципи, що лежать в основі технології ATM, можуть бути виражені в трьох твердженнях:
мережі ATM - це мережі з трансляцією осередків (cell-relay);
мережі ATM - це мережі з встановленням з'єднання (connection-oriented);
мережі ATM - це комутовані мережі.
Мережі з трансляцією осередків.
Ідея мережі з трансляцією осередків проста: дані передаються по мережі невеликими пакетами фіксованого розміру, званими осередками (cells). У мережі Ethernet передача даних здійснюється великими пакетами змінної довжини, які називають кадрами (frames). Осередки мають дві важливі переваги перед кадрами. По-перше, оскільки кадри мають змінну довжину, кожен вступник кадр повинен буферизованная (тобто зберігатися в пам'яті), що гарантує його цілісність до початку передачі. Оскільки осередки завжди мають одну і ту ж довжину, вони потребують меншої буферизації. По-друге, всі осередки мають однакову довжину, тому вони передбачувані: їх заголовки завжди знаходяться на одному і тому ж місці. У результаті комутатор автоматично виявляє заголовки осередків та їх обробка відбувається швидше [17].
У мережі з трансляцією осередків розмір кожного з них повинен бути досить малий, щоб скоротити час очікування, але досить великий, щоб мінімізувати витрати. Час очікування (latency) - це інтервал між тим моментом, коли пристрій запросило доступ до середовища передачі (кабелю), і тим, коли воно одержало цей доступ. Мережа, за якою передається сприйнятливий до затримок трафік (наприклад, звук чи відео), повинна забезпечувати мінімальний час очікування.
Будь-який пристрій, підключений до мережі ATM (робоча станція, сервер, маршрутизатор або міст), має прямий монопольний доступ до комутатора. Оскільки кожне з них має доступ до власної порту комутатора, пристрої можуть надсилати комутатора осередку одночасно. Час очікування стає проблемою в тому випадку, коли кілька потоків трафіку досягають комутатора в один і той же момент. Щоб зменшити час очікування в комутаторі, розмір осередку повинен бути досить маленьким; тоді час, який займає передача осередку, незначно впливати на клітинки, що очікують надсилання.
Зменшення розміру осередку скорочує час очікування, але, з іншого боку, чим менше осередок, тим більша її частина припадає на «витрати» (тобто на службову інформацію, що міститься в заголовку осередки), а відповідно, тим менша частина відводиться реальним переданих даним. Якщо розмір комірки занадто малий, частина смуги пропускання займається даремно і передача комірок відбувається тривалий час, навіть якщо час очікування мало [18].
Коли Американський національний інститут стандартів (American National Standards Institute - ANSI) і організація, яка зараз називається Міжнародним телекомунікаційним союзом (International Telecommunications Union - ITU), розробляли ATM, їм було досить важко знайти компроміс між часом очікування і витратами передачі. Ці організації повинні були врахувати інтереси як телефонної галузі, так і виробників обладнання для мереж передачі даних. Виробникам засобів телефонії потрібен був невеликий розмір комірки, оскільки голос зазвичай передається маленькими фрагментами та зменшення часу очікування гарантувало б своєчасну доставку цих фрагментів. Виробники засобів передачі даних, навпаки, вимагали збільшити розмір осередку, оскільки файли даних часто бувають великими і більш чутливі до витрат трафіку, ніж до часу очікування. Врешті-решт ці дві фракції домовилися про розмір комірки, рівному 53 байтам, з яких 48 байт відводиться даними і 5 байт - заголовку осередку [19].
Мережі з встановленням з'єднання.
Для передачі пакетів по мережах ATM від джерела до місця призначення джерело повинен спочатку встановити з'єднання з одержувачем. Встановлення з'єднання перед передачею пакетів дуже нагадує те, як здійснюється телефонний дзвінок: спочатку ви набираєте номер, телефон абонента дзвонить, і хтось знімає трубку - тільки після цього ви можете почати говорити.
При використанні інших технологій передачі даних, таких як Ethernet і Token Ring, з'єднання між джерелом і одержувачем не встановлюється - пакети з відповідною адресною інформацією просто поміщаються в середу передачі, а концентратори, комутатори або маршрутизатори знаходять одержувача і доставляють йому пакети.
Мережі з встановленням з'єднання мають один недолік - пристрої не можуть просто передавати пакети, вони обов'язково повинні спочатку встановити з'єднання. Однак такі мережі мають і ряд переваг. Оскільки комутатори можуть резервувати для конкретного з'єднання смугу пропускання, мережі з встановленням з'єднання гарантують даному з'єднанню певну частину смуги пропускання. Мережі без встановлення з'єднання, в яких пристрої просто передають пакети по мірі їх отримання, не можуть гарантувати смугу пропускання.
Мережі з встановленням з'єднання також можуть гарантувати певну якість сервісу (Quality of Service - QoS), тобто деякий рівень сервісу, який мережа може забезпечити. QoS включає в себе такі чинники, як допустима кількість втрачених пакетів і допустиме зміна проміжку між осередками. У результаті мережі з встановленням з'єднання можуть використовуватися для передачі різних видів трафіку - звуку, відео і даних - через одні й ті ж комутатори. Крім того, мережі з встановленням з'єднання можуть краще керувати мережевим трафіком і запобігати перевантаження мережі («затори»), оскільки комутатори можуть просто скидати ті сполуки, які вони не здатні підтримувати [21].
Комутовані мережі.
У мережі ATM всі пристрої, такі як робочі станції, сервери, маршрутизатори і мости, під'єднані безпосередньо до комутатора. Коли один пристрій запитує з'єднання з іншим, комутатори, до яких вони підключені, встановлюють з'єднання. При встановленні з'єднання комутатори визначають оптимальний маршрут для передачі даних - традиційно ця функція виконується маршрутизаторами.
Коли з'єднання встановлено, комутатори починають функціонувати як мости, просто пересилаючи пакети. Однак такі комутатори відрізняються від мостів одним важливим аспектом: якщо мости відправляють пакети по всьому досяжним адресами, то комутатори пересилають осередки тільки наступному вузлу заздалегідь обраного маршруту.
Комутація в мережі Ethernet може бути налаштована таким чином, що всі робочі станції виявляться підключеними безпосередньо до комутатора. У такій конфігурації комутація в Ethernet схожа на комутацію в мережі ATM: кожен пристрій здійснює прямий монопольний доступ до порту комутатора, який не є пристроєм спільного доступу.
Однак комутація ATM має ряд важливих відмінностей від комутації Ethernet. Оскільки кожному пристрою ATM надається безпосередній монопольний доступ до порту комутатора, то немає необхідності в складних схемах арбітражу для визначення того, яка з цих пристроїв має доступ до комутатора. На противагу цьому, робочі станції, сполучені з комутатором Ethernet, повинні брати участь у схемах арбітражу навіть незважаючи на їх безпосередній монопольний доступ до порту комутатора. Мережеві інтерфейсні плати Ethernet розраховані на використання арбітражного протоколу для визначення того, чи має робоча станція доступ до пристрою [23].
ATM-комутація також відрізняється від комутації Ethernet тим, що комутатори ATM встановлюють з'єднання між відправником та одержувачем, а комутатори Ethernet - ні. Крім того, комутатори ATM звичайно є неблокуючим; це означає, що вони мінімізують «затори», передаючи осередку негайно після їх отримання. Щоб отримати можливість негайної пересилання всіх вступників осередків, неблокірующій комутатор повинен бути оснащений надзвичайно швидким механізмом комутації і мати достатньо велику пропускну здатність вихідних портів. Теоретично якщо у комутатора є 10 вхідних портів на 10 Мбіт / с, у нього повинен також бути один вихідний порт на 100 Мбіт / с. На практиці вихідний порт може мати трохи меншу пропускну здатність, не втрачаючи при цьому здатності негайної пересилання всіх вступників осередків.
2.2 Архітектура ATM
Такі технології передачі, як Ethernet і Token Ring, відповідають семиуровневой моделі взаємодії відкритих систем (Open Systems Interconnection - OSI). ATM ж має власну модель, розроблену організаціями зі стандартизації.
Технологія ATM була розроблена організаціями ANSI і ITU як транспортний механізм для широкосмугової мережі ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network - B-ISDN). B-ISDN - це загальнодоступна територіально-розподілена мережа (WAN), яка може використовуватися для об'єднання декількох локальних мереж. Згодом ATM Forum - консорціум виробників обладнання для мереж ATM - пристосував і розширив стандарти B-ISDN для використання як в загальнодоступних, так і в приватних мережах. Вона також може служити транспортної середовищем для телефонної мережі, вузькосмуговій ISDN, зв'язку міських мереж передачі даних (MAN) та ін приклад у додатку 3.
Модель ATM, відповідно до визначення ANSI, ITU і ATM Forum, складається з трьох рівнів:
фізичного;
рівня ATM;
рівня адаптації ATM.
Ці три рівні приблизно відповідають за функціями фізичному, канальному і мережевому рівню моделі OSI. В даний час модель ATM не включає в себе ніяких додаткових рівнів, тобто таких, які відповідають більш високим рівням моделі OSI. Однак найвищий рівень у моделі ATM може зв'язуватися безпосередньо з фізичним, канальним, мережевим або транспортним рівнем моделі OSI, а також безпосередньо з ATM-сумісним додатком [24].
На відміну від інших протоколів передачі, ATM використовує власну модель, а не модель OSI.
Як у моделі ATM, так і в моделі OSI стандарти для фізичного рівня встановлюють, яким чином біти повинні проходити через середовище передачі. Точніше кажучи, стандарти ATM для фізичного рівня визначають, як отримувати біти з середовища передачі, перетворювати їх в осередки і посилати ці осередки рівню ATM.
Стандарти ATM для фізичного рівня також описують, які кабельні системи повинні використовуватися в мережах ATM і з якими швидкостями може працювати ATM при кожному типі кабелю. Спочатку ATM Forum встановив швидкість DS3 (45 Мбіт / с) і більш високі. Однак реалізація ATM зі швидкістю 45 Мбіт / с застосовується головним чином провайдерами послуг WAN. Інші ж компанії найчастіше використовують ATM зі швидкістю 25 або 155 Мбіт / с. Хоча ATM Forum спочатку не прийняв реалізацію ATM зі швидкістю 25 Мбіт / с, окремі виробники стали її прихильниками, оскільки таке обладнання дешевше у виробництві та установці, ніж працює на інших швидкостях. Тільки 25-мегабітної ATM може працювати на неекранованої кручений парі (UTP) категорії 3, а також на UTP більш високої категорії та оптоволоконному кабелі. Внаслідок того, що обладнання для 25-мегабітної ATM відносно недорого, воно призначене для підключення до мережі ATM настільних комп'ютерів.
155-мегабітної ATM працює на кабелях UTP категорії 5, екранованої кручений парі (STP) типу 1, оптоволоконному кабелі і бездротових інфрачервоних лазерних каналах. 622-мегабітної ATM працює тільки на оптоволоконному кабелі і може використовуватися в локальних мережах (хоча обладнання, що працює з такою швидкістю, реалізовано ще недостатньо широко). А для бездротового зв'язку лабораторія Olivetti Research Labs створює прототип радіомережі ATM, що працює зі швидкістю 10 Мбіт / с [25].
2.3 Рівень ATM і віртуальні канали
У моделі OSI стандарти для канального рівня описують, яким чином пристрої можуть спільно використовувати середу передачі і гарантувати надійне фізичне з'єднання. Стандарти для рівня ATM регламентують передачу сигналів, управління трафіком і встановлення з'єднань в мережі ATM. Функції передачі сигналів і управління трафіком рівня ATM подібні до функцій канального рівня моделі OSI, а функції встановлення з'єднання ближче всього до функцій маршрутизації, які визначені стандартами моделі OSI для мережевого рівня.
Стандарти для рівня ATM описують, як отримувати клітинку, згенерувала на фізичному рівні, додавати 5-байтний заголовок і посилати клітинку рівнем адаптації ATM. Ці стандарти також визначають, яким чином потрібно встановлювати з'єднання з такою якістю сервісу (QoS), яка запитує ATM-пристрій або кінцева станція.
Стандарти встановлення з'єднання для рівня ATM визначають віртуальні канали та віртуальні шляху. Віртуальний канал ATM - це з'єднання між двома кінцевими станціями ATM, яке встановлюється на час їх взаємодії. Віртуальний канал є двонаправленим; це означає, що після встановлення з'єднання кожна кінцева станція може як посилати пакети іншої станції, так і отримувати їх від неї.
Після того, як з'єднання встановлено, комутатори між кінцевими станціями отримують адресні таблиці, що містять відомості про те, куди необхідно направляти осередки. У них використовується наступна інформація:
Адреса порту, з якого приходять осередку;
Спеціальні значення у заголовках осередки, які називаються ідентифікаторами віртуального каналу (virtual circuit identifiers - VCI) і ідентифікаторами віртуального шляху (virtual path identifiers - VPI).
Адресні таблиці також визначають, які VCI і VPI комутатор повинен включити в заголовки осередків перед тим як їх передати.
Є три типи віртуальних каналів:
постійні віртуальні канали (permanent virtual circuits - PVC);
комутовані віртуальні канали (switched virtual circuits - SVC);
інтелектуальні постійні віртуальні канали (smart permanent virtual circuits - SPVC) [26].
PVC - це постійне з'єднання між двома кінцевими станціями, яке встановлюється вручну в процесі конфігурування мережі. Користувач повідомляє провайдеру ATM-послуг або системного адміністратора, які кінцеві станції повинні бути з'єднані, і він встановлює PVC між цими кінцевими станціями.
PVC включає в себе кінцеві станції, середу передачі і всі комутатори, розташовані між кінцевими станціями. Після установки PVC для нього резервується певна частина смуги пропускання, і двом кінцевим станціям не потрібно встановлювати або скидати з'єднання.
SVC встановлюється в міру необхідності - щоразу, коли кінцева станція намагається передати дані іншого кінцевої станції. Коли відправляє станція запитує з'єднання, мережу ATM поширює адресні таблиці і повідомляє цієї станції, які VCI і VPI повинні бути включені в заголовки осередків. Через довільний проміжок часу SVC скидається.
SVC встановлюється динамічно, а не вручну. Для нього стандарти передачі сигналів рівня ATM визначають, як кінцева станція повинна встановлювати, підтримувати і скидати з'єднання. Ці стандарти також регламентують використання кінцевою станцією при встановленні з'єднання параметрів QoS з рівня адаптації ATM.
Крім того, стандарти передачі сигналів описують спосіб управління трафіком і запобігання «заторів»: з'єднання встановлюється тільки в тому випадку, якщо мережа в змозі підтримувати це з'єднання. Процес визначення, чи може бути встановлене з'єднання, називається управлінням визнанням з'єднання (connection admission control - CAC).
SPVC - це гібрид PVC та SVC. Подібно PVC, SPVC встановлюється вручну на етапі конфігурування мережі. Проте провайдер ATM-послуг або мережевий адміністратор задає тільки кінцеві станції. Для кожної передачі мережа визначає, через які комутатори будуть передаватися осередки.
Велика частина раннього обладнання ATM підтримувала тільки PVC. Підтримка SVC і SPVC починає реалізовуватися тільки зараз.
PVC мають дві переваги над SVC. Мережа, в якій використовуються SVC, повинна витрачати час на встановлення з'єднань, а PVC встановлюються попередньо, тому можуть забезпечити більш високу продуктивність. Крім того, PVC забезпечують кращий контроль над мережею, так як провайдер ATM-послуг або мережевий адміністратор може вибирати шлях, по якому будуть передаватися осередки.
Однак і SVC мають ряд переваг перед PVC. Оскільки SVC встановлюється і скидається легше, ніж PVC, то мережі, які використовують SVC, можуть імітувати мережі без встановлення з'єднань. Ця можливість виявляється корисною в тому випадку, якщо ви використовуєте програму, що не може працювати в мережі з встановленням сполук. Крім того, SVC використовують смугу пропускання, тільки коли це необхідно, а PVC повинні постійно її резервувати на той випадок, якщо вона знадобиться. SVC також вимагають меншої адміністративної роботи, оскільки встановлюються автоматично, а не вручну. І нарешті, SVC забезпечують відмовостійкість: коли виходить з ладу комутатор, що знаходиться на шляху сполучення, інші комутатори вибирають альтернативний шлях.
У певному сенсі SPVC володіє кращими властивостями цих двох видів віртуальних каналів. Як і у випадку з PVC, SPVC дозволяє заздалегідь задати кінцеві станції, тому їм не доводиться витрачати час на встановлення з'єднання щоразу, коли одна з них повинна передати осередки. Подібно SVC, SPVC забезпечує відмовостійкість. Однак і SPVC має свої недоліки: як і PVC, SPVC встановлюється вручну, і для нього необхідно резервувати частину смуги пропускання - навіть якщо він не використовується [27].
Стандарти встановлення з'єднання для рівня ATM також визначають віртуальні шляху (virtual path). У той час як віртуальний канал - це з'єднання, встановлене між двома кінцевими станціями на час їх взаємодії, віртуальний шлях - це шлях між двома комутаторами, який існує постійно, незалежно від того, чи встановлено з'єднання. Іншими словами, віртуальний шлях - це «запомненний» шлях, по якому проходить весь трафік від одного комутатора до іншого.
Коли користувач запитує віртуальний канал, комутатори визначають, який віртуальний шлях використовувати для досягнення кінцевих станцій. По одному і тому ж віртуальному шляху в один і той же час може передаватися трафік більше ніж для одного віртуального каналу. Наприклад, віртуальний шлях зі смугою пропускання 120 Мбіт / с може бути розділений на чотири одночасних з'єднання по 30 Мбіт / с кожен.
2.4 Рівень адаптації ATM і якість сервісу
У моделі OSI стандарти для мережного рівня визначають, як здійснюється маршрутизація пакетів і керування ними. У моделі ATM стандарти для рівня адаптації ATM виконують три подібні функції:
Визначають, як форматуються пакети;
Надають інформацію для рівня ATM, яка дає можливість цьому рівню встановлювати з'єднання з різним QoS;
Запобігають «затори».
Рівень адаптації ATM складається з чотирьох протоколів (званих протоколами AAL), які форматують пакети. Ці протоколи беруть осередку з рівня ATM, заново формують з них дані, які можуть бути використані протоколами, що діють на більш високих рівнях, і посилають ці дані більш високого рівня. Коли протоколи AAL отримують дані з більш високого рівня, вони розбивають їх на клітинки і передають їх рівню ATM.
Кожен протокол AAL упаковує дані в комірки своїм способом. Всі ці протоколи, за винятком AAL 5, додають деяку службову інформацію до 48 байтам даних у клітинці ATM. Ці «витрати» включають в себе спеціальні команди обробки для кожного осередку, які використовуються для забезпечення різних категорій сервісу.
рівень адаптації ATM визначає також чотири категорії сервісу:
постійна швидкість передачі бітів (constant bit rate - CBR);
Змінна швидкість передачі бітів (variable bit rate - VBR);
невизначена швидкість передачі бітів (unspecified bit rate - UBR);
доступна швидкість передачі бітів (available bit rate - ABR).
Гарантії якості сервісу можуть визначати мінімальний рівень доступної пропускної здатності та граничні значення затримки комірки та ймовірності втрати осередки (вказані в додатку 4).
Ці категорії використовуються для забезпечення різних рівнів якості сервісу (QoS) для різних типів трафіку.
Категорія CBR використовується для сприйнятливого до затримок трафіку, такого як аудіо-і відеоінформація, при якому дані передаються з постійною швидкістю і вимагають малого часу очікування. CBR гарантує найвищий рівень якості сервісу, але використовує смугу пропускання неефективно. Щоб захистити трафік CBR від впливу інших передач, CBR завжди резервує для з'єднання певну частину смуги пропускання, навіть якщо в даний момент в каналі не відбувається ніякої передачі. Таким чином, резервування смуги пропускання є особливо великою проблемою при роботі по WAN-каналах, коли абоненту доводиться платити за кожен мегабіт смуги пропускання незалежно від того, чи використовується віртуальний канал [28].
Існують також два види VBR, які використовуються для різних типів трафіку: VBR реального часу (Real-time VBR - RT-VBR) вимагає жорсткої синхронізації між осередками і підтримує сприйнятливий до затримок трафік, такий як ущільнена мова і відео. VBR нереального часу (Non-real-time VBR - NRT-VBR) не потребує жорсткої синхронізації між осередками і підтримує допускає затримки трафік, такий як трансляція кадрів (frame relay).
Оскільки VBR не резервують смугу пропускання, вона використовується більш ефективно, ніж у випадку з CBR. Однак, на відміну від CBR, VBR не може гарантувати якості сервісу.
UBR застосовується для трафіку типу TCP / IP, який допускає затримки. Подібно VBR, UBR не резервують додаткової смуги пропускання для віртуального каналу. У результаті один і той же віртуальний канал може багаторазово застосовуватися для кількох передач, Таким чином, смуга пропускання використовується більш ефективно. Однак оскільки UBR не гарантує якості сервісу, в сильно завантажених мережах UBR-трафік втрачає велику кількість осередків і має багато повторних передач.
Подібно UBR, ABR використовується для передачі трафіку, який допускає затримки, і дає можливість багаторазово використовувати віртуальні канали. Однак якщо UBR не резервують смуги пропускання і не запобігає втрат осередків, то ABR забезпечує для з'єднання допустимі значення ширини смуги пропускання і коефіцієнта втрат.
CBR, VBR, UBR, і ABR включають в себе різні параметри трафіку, наприклад середню і пікову швидкості, з якими кінцева станція може передавати дані. Ці категорії сервісу також містять у собі наступні параметри якості сервісу (QoS) [29].
Коефіцієнт втрат осередків (Cell loss ratio) визначає, який відсоток високопріоритетних осередків може бути втрачений за час передачі.
Затримка передачі осередки (Cell transfer delay) визначає кількість часу (або середню кількість часу), необхідну для доставки осередку адресату.
Зміна затримки передачі осередки (Cell delay variation - CDV) - допустимі зміни у розподілі групи клітинок між кінцевими станціями. Високе значення CDV призводить до переривання аудіо-і відеосигналів.
Перед встановленням з'єднання кінцева станція запитує одну з чотирьох категорій сервісу. Потім мережа ATM встановлює з'єднання, використовуючи відповідні параметри трафіку і QoS. Наприклад, якщо кінцева станція запросила з'єднання CBR для передачі відеоінформації, мережу ATM резервує необхідну ширину смуги пропускання і використовує параметри трафіку і QoS для забезпечення допустимих значень швидкості передачі, коефіцієнта втрат осередків, затримки і зміни затримки.
Мережа ATM використовує параметри QoS і для захисту трафіку, тобто запобігання перевантаження мережі. Мережа «стежить» за тим, щоб встановлені з'єднання не перевищували максимальної ширини смуги пропускання, яка їм була надана. Якщо з'єднання починає її перевищувати, мережа відмовляється передавати осередки. Крім того, мережу ATM визначає, які клітинки можна відкинути в разі її переповнення: вона перевіряє параметри QoS даного з'єднання і відкидає клітинки, для яких встановлено високий коефіцієнт втрат. І нарешті, мережа відмовляється встановлювати з'єднання, якщо не може їх підтримувати.
Здатність ATM забезпечувати для додатків різні рівні QoS вважається одним з достоїнств даної технології. Користувачі можуть резервувати тільки ту смугу пропускання, яка їм необхідна; при цьому зберігається якість переданих аудіо-і відеосигналів, а мережа охороняється від переповнення. Однак для того щоб отримувати реальну вигоду від якості сервісу в мережі ATM, необхідні програми, розраховані на його використання.
Виробники обладнання ATM та організації, що займаються стандартизацією цієї технології, винаходять різні способи, які повинні дозволити програмам використовувати QoS. Наприклад, кілька виробників ATM працюють над тим, щоб розширити протокол резервування ресурсів (Resource Preservation Protocol - RSVP), розроблений групою Internet Engineering Task Force (IETF), таким чином, щоб програми могли запитувати QoS. Крім того, щоб дати можливість додаткам, створеним без урахування специфіки ATM, користуватися перевагами QoS, компанія FORE Systems і ряд інших виробників розробляють програмне забезпечення Legacy Application Quality of Service, яке буде вбудовуватися в пристрої доступу до локальних мереж та мережні інтерфейсні плати ATM. Це ПО дасть можливість пристроїв і плат встановлювати з'єднання з різними рівнями QoS в залежності від типу додатки, адреси джерела і одержувача та інших параметрів.
Стандарти моделі ATM.
ATM Forum розробив багато стандартів, заснованих на моделі ATM, в тому числі такі:
User-to-Network Interface (UNI - інтерфейс «користувач-мережа») - визначає інтерфейс між кінцевою станцією і комутатором;
Private Network-to-Network Interface (PNNI - приватний інтерфейс «мережа-мережа», - визначає інтерфейс між комутаторами.
Ці стандарти визначають, як робочі станції і комутатори взаємодіють в мережі ATM [30].
Стандарти UNI, розроблені ATM Forum, визначають, яким чином пристрої взаємодіють з комутатором. У додатку 5 показано, як пакет передається з робочої станції комутатора. Спочатку користувач посилає дані, наприклад аудіо-, відеоінформацію і т.д. Відповідно до типу даних будь-якої з чотирьох протоколів AAL отримує ці дані і розбиває їх на осередки. Потім осередки передаються на рівень ATM, який додає до них інформацію, необхідну для маршрутизації. Потім осередки передаються на фізичний рівень, який розбиває їх на біти і посилає через середовище передачі комутатора.
ATM Forum розробив дві версії UNI - UNI 3.0 і UNI 3.1. Ці версії майже ідентичні, за винятком того, що UNI 3.1 заснований на останній версії специфікації передачі сигналів ITU. Це, на жаль, робить UNI 3.1 несумісним з UNI 3.0 з передачі сигналів. На щастя, більшість комутаторів підтримує і UNI 3.0, і UNI 3.1. В даний час ATM Forum працює над специфікацією UNI 4.0, в яку увійдуть зміни специфікації передачі сигналів, підтримка ABR і інші розширення. Стандарт UNI 4.0 буде сумісний з UNI 3.1.
Специфікація PNNI, розроблена ATM Forum, включає в себе стандарти, які дають можливість двом комутаторів різних виробників працювати разом. У додатку 5 показано, як осередок проходить через комутатор ATM. Комутатор отримує комірку на фізичному рівні як фізичний сигнал, передає цей сигнал на рівень ATM і перетворює його у клітинку. Потім комутатор перевіряє заголовок осередку, визначаючи, куди вона повинна бути спрямована, знову перетворює клітинку у фізичний сигнал і передає його наступному комутатора або кінцевої станції.
PNNI - це протокол маршрутизації з визначенням стану зв'язку, подібний протоколу NetWare Link Services Protocol (NLSP), використовуваному в мережах IPX, і протоколу маршрутизації Open Shortest Path First (OSPF), що застосовується в IP-мережах. Даний протокол дозволяє комутаторів поширювати інформацію про топологію мережі та якість сервісу, що підтримується мережею ATM. У результаті кожен комутатор «розуміє» топологію всієї мережі і може визначати маршрут по мережі з урахуванням специфічних умов трафіку, наприклад перевантажень.
Крім того, оскільки PNNI дає можливість комутаторів поширювати інформацію ієрархічним чином, то для пересилання осередків кожному з них не потрібно знати топологію всієї мережі. Провайдер ATM-послуг або мережевий адміністратор може розділити мережу на кілька концептуальних рівнів, і тоді кожен комутатор повинен буде знати топологію тільки того рівня, до якого він належить. Таким чином, можна створювати надзвичайно великі мережі, не перевантажуючи комутатори інформацією.
Мережа також може містити лише один рівень. За твердженням Енді Реіда, менеджера з програмних продуктів компанії FORE Systems, мережу ATM, що має лише один рівень, здатна підтримувати приблизно 200 комутаторів.
На самому низькому рівні мережевої топології комутатори розділені на кластери, звані «групами рівних» (peer groups). Всі комутатори, пов'язані до такої групи, обмінюються один з одним маршрутізаціонной інформацією. Комутатор, який є граничним вузлом (входить більш ніж в одну групу), обмінюється маршрутізаціонной інформацією з усіма групами рівних, до яких він належить. Таким чином, групи «дізнаються», як спрямовувати осередки адресатам, які перебувають у межах досяжності однієї з груп. Використовуючи PNNI, комутатори всередині кожної групи рівних вибирають так званого «лідера» групи [31].
На наступному рівні мережевої топології кілька лідерів груп рівних складають власну групу рівних, а потім за допомогою PNNI також обирають лідера. Ці лідери можуть складати групу рівних наступного рівня і так далі, до самого високого рівня, на якому вся мережа представляється однією групою рівних.
Комутатори, що знаходяться на самому низькому рівні мережевої топології, використовують для визначення маршрутів інформацію з більш високих рівнів. У результаті комутатори не повинні знати топологію всієї мережі.
Стандарти PNNI також встановлюють, як повинна виконуватися передача сигналів. Стандарти PNNI на передачу сигналів визначають, яким чином встановлюються, підтримуються і скидаються віртуальні канали ATM з відповідною якістю сервісу. Крім того, ці стандарти регламентують здійснення захисту мережі від переповнення, дозволяючи встановлювати тільки ті сполуки, які мережа може підтримувати, і стежачи за тим, щоб існуючі з'єднання не використовували велику ширину смуги пропускання, ніж їм було виділено.
Технологія АТМ розширює свою присутність в локальних і глобальних мережах. Останнім часом спостерігається стійкий щорічний приріст числа мереж, виконаних за цією технологією.
У локальних мережах технологія АТМ застосовується зазвичай на магістралях, де добре проявляються такі її якості, як Швидка швидкість (комутатори АТМ підтримують на своїх портах швидкості 155 і 622 Мбіт / с), якість обслуговування, Петлевидне зв'язку (які дозволяють підвищити пропускну здатність і забезпечити резервування каналів зв'язку).
У глобальних мережах АТМ застосовується там, де потрібно забезпечити низький рівень затримок, необхідний для передачі інформації реального часу.
Технологія АТМ є подальшим розвитком ідей попереднього резервування пропускної здатності віртуального каналу, реалізованих в технології Frame Relay.
Оскільки технологія АТМ підтримує основні типи трафіку, існуючі у абонентів різного типу, вона обрана в якості основи широкосмугових цифрових мереж з інтеграцією послуг.
Висновок
Мультисервісна мережа ATM розгорнута поверх цифрових трактів SDH і будується на основі пакетно-орієнтованого асинхронного режиму переносу інформації за ієрархічним принципом з виділенням магістрального (ядро мережі) і граничного рівнів (клієнтський доступ). Ядро мережі складають магістральні комутатори пов'язані каналами SDH-мережі рівня STM-1. Клієнтський доступ забезпечують концентратори, підключені цифровими трактами STM-1 до ядра магістральної мережі. Концентратори доступу дозволяють використовувати наступний набір інтерфейсів підключення: STM-1 chan, STM-1 ATM, Е3, E1, serial, Fast ethernet. Для організації доступу клієнтів до послуг мережі АТМ у вузлах, де відсутнє обладнання АТМ передбачається використання виділених каналів первинної мережі. Застосовувана технологія дозволяє побудувати мультисервісну пакетну мережу здатну передавати голос, відео і дані і забезпечує відмінні механізми управління якістю обслуговування. Для передачі голосу використовується емуляція цифрових трактів E1 (CES) з рівнем адаптації AAL1, або використовується рівень адаптації AAL2 з можливістю застосування луна-компенсації, комфортного шуму і компресії. Притаманні для АТМ динамічний розподіл пропускної спроможності каналів зв'язку та наявність різних класів обслуговування потоків даних (QoS) підвищує економічну ефективність використання мережі за рахунок оптимізації завантаження її каналів.
Технологія АТМ має важливими перевагами перед існуючими методами передачі даних в локальних і глобальних мережах, які повинні зумовити її широке поширення у всьому світі. Одне з найважливіших достоїнств АТМ - забезпечення високої швидкості передачі інформації (широкої смуги пропускання). Поява надійних апаратно-програмних засобів мережі Ethernet для швидкості 1 Гбіт / с ще очікується в перспективі, у той час як АТМ вже зараз забезпечує швидкість 622 Мбіт / с.
АТМ усуває відмінності між локальними та глобальними мережами, перетворюючи їх у єдину інтегровану мережу. Поєднуючи в собі масштабованість і ефективність апаратної передачі інформації, властиві телефонним мережам, метод АТМ забезпечує більш дешеве нарощування потужності мережі. Це - технічне рішення, здатне задовольнити прийдешні потреби, тому багато користувачів вибирають АТМ часто більше заради її майбутньої, ніж сьогоднішньої значущості.
Стандарти АТМ уніфікують процедури доступу, комутації та передачі інформації різного типу (даних, мови, відеозображень і т.д.) в одній мережі зв'язку з можливістю роботи в реальному масштабі часу. На відміну від ранніх технологій локальних і глобальних мереж, осередки АТМ можуть передаватися з широкого спектру носіїв від мідного дроту та волоконно-оптичного кабелю до супутникових ліній зв'язку, за будь-яких швидкостях передачі, що досягають сьогоднішнього межі 622 Мбіт / с. Технологія АТМ забезпечує можливість одночасного обслуговування споживачів, що пред'являють різні вимоги до пропускної здатності телекомунікаційної системи.
Однак, незважаючи на достоїнства АТМ, його повсюдне впровадження затримується з ряду причин. Для локальних мереж, що пов'язують персональні комп'ютери, поширення технології АТМ гальмується наявністю більш дешевих технологій (наприклад, Ethernet). Усе ще недостатня потреба у високих швидкостях передачі, і більшість організацій не прагне використовувати розширену смугу пропускання АТМ, поки передача відеозображень, графіки та інформації інших видів, що вимагає високої пропускної здатності ліній зв'язку, ще не відіграє для них важливої ролі. Одним з основних перешкод для зростання АТМ на всіх рівнях, а головне, на рівні персональних комп'ютерів - це відсутність адекватних стандартів. Багато хто з них не відповідають один одному, не сумісні зі своїми попередниками і є предметом суперечок різних організацій, що роблять зусилля по стандартизації. До теперішнього часу повний комплект єдиних готових стандартів відсутня. До числа стримуючих факторів також слід віднести брак АТМ - продуктів на ринку програмного забезпечення і брак досвіду роботи користувачів.
Зазначені гідності АТМ і причини, що затримують його повсюдне впровадження, визначають перспективи його подальшого використання в розвинутих зарубіжних державах як комерційними, так і військовими організаціями. З плином часу зростають потреби користувачів в обсягах переданих даних, що робить технологію АТМ все більш привабливою. Крім того, ціни на комутатори АТМ скорочуються щороку приблизно на 30% у міру того як виробники нарощують обсяги їх випуску.
Для боротьби за єдність стандартів і розвиток технології був утворений консорціум Форум АТМ. Їм були розроблені 62 специфікації, в тому числі інтерфейс користувач-мережа, що визначає, яким чином пристрої підключаються до мереж АТМ з різними швидкостями, емуляція локальної мережі (LANE - Local Area Network Emulation), емуляція каналів, базові сигнали між перемикачами, основні принципи тестування і т.д. Відповідно до угоди Anchorage Accord, затвердженим на зустрічі Форум ATM нові версії специфікацій повинні тепер бути сумісні зі своїми попередниками, що має підвищити затребуваність АТМ.
Як вважають експерти, технологія АТМ буде прокладати свій шлях в інфраструктури корпорацій поступово, протягом декількох років. Користувачі можуть будувати мережу АТМ поетапно, експлуатуючи її паралельно з уже існуючими у них системами. Звичайно, в першу чергу технологія АТМ впливає на глобальні мережі, на магістральні лінії зв'язку, що з'єднують декілька локальних обчислювальних мереж.
При будь-якому варіанті переходу на ATM в першу чергу виникає завдання організації магістралей. Організація компактних магістралей без використання технології ATM в такому разі буде дуже ризикованим рішенням. Магістральні технології при переході на ATM доводиться міняти в першу чергу. Найбільш критичним при переході на ATM буде перший крок у бік від традиційної комутації ЛВС. У системах комутації ЛВС без ATM-транків магістралі не використовують технології ATM і, отже, модернізація магістралей буде досить ризикованим кроком. В ідеальному випадку комутатори ЛВС повинні підтримувати магістралі ATM та інших типів (наприклад, FDDI).
Перехід додатків на ATM буде поступовим. На настільних станціях ATM буде спочатку використовуватися для емуляції ЛОМ та роботи з набором традиційних додатків ЛВС. У міру розширення інфраструктури ATM стане можливим зв'язати великі групи користувачів у «чисті» мережі ATM. Це дозволить використовувати спеціальні програми, розраховані на якість обслуговування ATM (відео, multimedia тощо) або спростити роботу з традиційними потоками даних за рахунок більш високої продуктивності ATM.
ATM, в міру реалізації, буде робити мережа компанії більш гармонійним - спочатку на рівні магістралей, а потім і для настільних систем. Повний перехід на ATM напевно буде визначатися темпами зниження цін на порти для підключення настільних станцій та адаптери, а також реалізацією підтримки можливостей в прикладних програмах. Використання єдиної технології для організації магістралей, підключення настільних станцій і розподілених мереж може забезпечити, в кінцевому підсумку, істотну економію.
У довгостроковій перспективі ATM має стати єдиною архітектурою внутрішньокорпоративних та міжкорпоративних комунікацій. Комутовані віртуальні пристрої, що використовуються настільними системами можуть бути розширені за рахунок підтримки з'єднань SVC операторами публічних мереж, роблячи ATM універсальної технологією multimedia-мереж. Протоколи типу NHRP є засобом забезпечення універсального зв'язку, але в кінцевому підсумку набір протоколів ATM для multimedia буде, мабуть, заснований на службах каталогів.
Ступінь впливу універсальних multimedia-комунікацій на бізнес досить важко прогнозувати з урахуванням відсутності альтернативних варіантів. Безсумнівно, ATM буде відігравати значну роль в комерції, охороні здоров'я, навчання за рахунок систем поширення інформації. Системи ATM засновані на економічної технології мультиплексування, що дозволяє подолати бар'єри, пов'язані з вибуховим характером трафіку в багатьох додатках.
З урахуванням усіх цих впливів технологія ATM залишається привабливою реалізацією і очевидно, що багато користувачів будуть готові перейти на ATM в найближчому майбутньому. Це означає, що будь-яка організація може швидко почати роботу з ATM і розширювати використання цієї технології для підвищення ефективності роботи.
ПЛАН
3Мережеве обладнання
4.Технологія АТМ
5. Базові принципи технології ATM
6.Архітектура ATM
7.Рівень ATM і віртуальні канали
8.Рівень адаптації ATM і якість сервісу