Сети Frame Relay Сети frame relay специально разрабатывались как общественные сети для соединения частных локальных сетей. Они обеспечивают скорость передачи данных до 2 Мбит/с. Преимущество сетей frame relay заключается в их низкой протокольной избыточности и дейтаграмм ном режиме работы, что обеспечивает высокую пропускную способность и небольшие задержки кадров. Надежную передачу кадров технология frame relay не обеспечивает. Особенностью технологии frame relay является гарантированная поддержка основных показателей качества транспортного обслуживания локальных сетей средней скорости передачи данных по виртуальному каналу при допустимых пульсациях трафика.

Стек протоколов frame relay Технология frame relay использует для передачи данных технику виртуальных соединений, аналогичную той, которая применялась в сетях Х.25, однако стек протоколов frame relay передает кадры (при установленном виртуальном соединении) по протоколам только физического и канального уровней, в то время как в сетях Х.25 и после установления соединения пользовательские данные передаются протоколом 3-го уровня. Кроме того, протокол канального уровня LAP-F в сетях frame relay имеет два режима работы основной (core) и управляющий (control). В основном режиме, который фактически практикуется в сегодняшних сетях frame relay, кадры передаются без преобразования и контроля, как и в коммутаторах локальных сетей.

Поддержка качества обслуживания Для каждого виртуального соединения определяется несколько параметров, влияющих на качество обслуживания CIR (Committed Information Rate) согласованная информационная скорость, с которой сеть будет передавать данные пользователя. Bc (Committed Burst She) согласованный объем пульсации, то есть максимальное количество байтов, которое сеть будет передавать от этого пользователя за интервал времени Т. Bе (Excess Burst Size) дополнительный объем пульсации, то есть максимальное количество байтов, которое сеть будет пытаться передать сверх установленного значения Вс за интервал времени Т.

Особенности передачи пакетов Основным параметром, по которому абонент и сеть заключают соглашение при установлении виртуального соединения, является согласованная скорость передачи данных. При установлении коммутируемого виртуального канала соглашение о качестве обслуживания заключается автоматически с помощью протокола Q.931/933 требуемые параметры CIR, Вс и Be передаются в пакете запроса на установление соединения. В общем случае скорость передачи данных не должна превышать CIR. Если же он нарушает соглашение, то: если общее количество данных, переданных пользователем в сеть за период Т, не превышает объема Вс, данные пропускаются дальше с признаком De=0; если суммарный объем данных превышает уровень Bc, кадры пропускаются дальше с признаком De=1. Кадры, отмеченные таким признаком, удаляются из сети только в том случае, если коммутаторы сети испытывают перегрузки. ; Если же этот порог Вс+Ве превышен, то кадр не помечается признаком DE, а немедленно удаляется из сети.

Установление соединения Абонент сети frame relay, который хочет установить коммутируемое виртуальное соединение с другим абонентом, должен передать в сеть по каналу D сообщение SETUP, которое имеет несколько параметров, в том числе: DLCI - номер виртуального соединения ; адрес назначения (в формате Е.164, Х.121 или ISO 7498); максимальный размер кадра в данном виртуальном соединении; запрашиваемое значение CIR для двух направлений; запрашиваемое значение Вс для двух направлений; запрашиваемое значение Be для двух направлений.

Если все коммутаторы на пути к конечному узлу согласны принять запрос, то пакет SETUP передается в конечном счете вызываемому абоненту. Вызываемый абонент немедленно передает в сеть пакет CALL PROCEEDING и начинает обрабатывать запрос. Если запрос принимается, то вызываемый абонент передает в сеть новый пакет CONNECT, который проходит в обратном порядке по виртуальному пути. Все коммутаторы должны отметить, что данный виртуальный канал принят вызываемым абонентом. При поступлении сообщения CONNECT вызывающему абоненту он должен передать в сеть пакет CONNECT ACKNOWLEDGE Сеть также должна передать вызываемому абоненту пакет CONNECT ACKNOWLEDGE, и на этом соединение считается установленным. По виртуальному каналу могут передаваться данные.

Использование сетей frame relay Поскольку кадры в узел назначения доставляются без гарантий, дейтаграммным способом, полезная пропускная способность сети frame relay будет зависеть от качества каналов и методов восстановления пакетов на уровнях стека. Поэтому сети frame relay следует применять только при наличии на магистральных каналах волоконно-оптических кабелей высокого качества. Для витой пары, используемая на каналах доступа аппаратура передачи данных должна обеспечивать уровень искажения данных не ниже Так для передачи, например, голоса необходимо выполнить требования: присвоить кадрам, переносящим замеры голоса, высокий приоритет, (магистральные коммутаторы frame relay должны обслуживать такие кадры в первую очередь) желательно, чтобы сеть frame relay, передающая кадры с замерами голоса, была недогруженной. в коммутаторах не возникали очереди кадров, и средние задержки в очередях близки к нулевым передача должна производиться в кадрах небольших размеров, иначе на качество будут влиять задержки упаковки замеров в кадр, так называемые задержки пакетизации

Технология ATM Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) разработана как единый универсальный транспорт для нового поколения сетей с интеграцией услуг, которые называются широкополосными сетями ISDN (Broadband-ISDN, B-ISDN). Технология ATM совмещает в себе подходы двух технологий коммутации пакетов и коммутации каналов. От первой она взяла на вооружение передачу данных в виде адресуемых пакетов, а от второй использование пакетов небольшого фиксированного размера, в результате чего задержки в сети становятся более предсказуемыми. С помощью техники виртуальных каналов, предварительного заказа параметров качества обслуживания канала и приоритетного обслуживания виртуальных каналов с разным качеством обслуживания удается добиться передачи в одной сети разных типов трафика без дискриминации.

По планам разработчиков технология ATM, должна обеспечить следующие возможности: Передачу в рамках одной транспортной системы компьютерного и мультимедийного (голос, видео) трафика, чувствительного к задержкам, причем для каждого вида трафика качество обслуживания будет соответствовать его потребностям. Иерархию скоростей передачи данных, от десятков мегабит до нескольких гигабит в секунду с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений. Общие транспортные протоколы для локальных и глобальных сетей. Сохранение имеющейся инфраструктуры физических каналов или физических протоколов: Т1/Е1, ТЗ/ЕЗ, SDH STM-n, FDDI. Взаимодействие с унаследованными протоколами локальных и глобальных сетей: IP, SNA, Ethernet, ISDN.

Основные принципы технологии ATM Сеть ATM имеет классическую структуру крупной территориальной сети конечные станции соединяются индивидуальными каналами с коммутаторами нижнего уровня, которые в свою очередь соединяются с коммутаторами более высоких уровней. Коммутаторы ATM пользуются 20-байтными адресами конечных узлов для маршрутизации трафика на основе техники виртуальных каналов. Виртуальные соединения могут быть постоянными (Permanent Virtual Circuit, PVC) и коммутируемыми (Switched Virtual Circuit, SVC). Для ускорения коммутации в больших сетях используется понятие виртуального пути Virtual Path, который объединяет виртуальные каналы, имеющие в сети ATM общий маршрут между исходным и конечным узлами или общую часть маршрута между некоторыми двумя коммутаторами сети.

Особенности адресации и обслуживания В технологии ATM применена двух уровневая адресация уровень адресов конечных узлов (применяется на стадии установления виртуального канала) уровень номеров виртуальных каналов (применяется при передаче данных по имеющемуся виртуальному каналу). Особенности технологии ATM лежат в области качественного обслуживания разнородного трафика и объясняются стремлением решить задачу совмещения в одних и тех же каналах связи и в одном и том же коммуникационном оборудовании компьютерного и мультимедийного трафика таким образом, чтобы каждый тип трафика получил требуемый уровень обслуживания и не рассматривался как второстепенный.

Особенность компьютерного трафика Трафик вычислительных сетей имеет ярко выраженный асинхронный и пульсирующий характер. Компьютер посылает пакеты в сеть в случайные моменты времени, по мере возникновения в этом необходимости. При этом интенсивность посылки пакетов в сеть и их размер могут изменяться в широких пределах например, коэффициент пульсаций трафика (отношения максимальной мгновенной интенсивности трафика к его средней интенсивности) протоколов без установления соединений может доходить до 200, а протоколов с установлением соединений до 20. Чувствительность компьютерного трафика к потерям данных высокая, так как без утраченных данных обойтись нельзя и их необходимо восстановить за счет повторной передачи.

Мультимедийный трафик Мультимедийный трафик, передающий, например, голос или изображение, характеризуется низким коэффициентом пульсаций, высокой чувствительностью к задержкам передачи данных (отражающихся на качестве воспроизводимого непрерывного сигнала) и низкой чувствительностью к потерям данных (из-за инерционности физических процессов потерю отдельных замеров голоса или кадров изображения можно компенсировать сглаживанием на основе предыдущих и последующих значений).

Нежелательные задержки при передачи голоса время ожидания компьютерного пакета при обслуживании в коммутаторах может оказаться недопустимо высоким Прерывать передачу пакета в сетях нежелательно, так как накладные расходы на оповещение соседнего коммутатора о прерывании пакета, а потом о возобновлении передачи пакета с прерванного места оказываются слишком большими Задержка пакетизации это время, в течение которого первый замер голоса ждет момента окончательного формирования пакета и отправки его по сети.

Технологии передачи трафика Разработчики технологии ATM решили выделить два различных типа трафика в отношении этого параметра трафик с постоянной битовой скоростью (Constant Bit Rate, CBR) и трафик с переменной битовой скоростью (Variable Bit Rate, VBR). Подход, реализованный в технологии ATM, состоит в передаче любого вида трафика пакетами фиксированной и очень маленькой длины в 53 байта. Пакеты ATM называют ячейками cell. Поле данных ячейки занимает 48 байт, а заголовок 5 байт. Разделение трафика на классы

Набор основных количественных параметров В технологии ATM поддерживается: Peak Cell Rate (PCR) максимальная скорость передачи данных; Sustained Cell Rate (SCR) средняя скорость передачи данных; Minimum Cell Rate (MCR) минимальная скорость передачи данных; Maximum Burst Size (MBS) максимальный размер пульсации; Cell Loss Ratio (CLR) доля потерянных ячеек; Cell Transfer Delay (CTD) задержка передачи ячеек; Cell Delay Variation (CDV) вариация задержки ячеек.

Стек протоколов ATM

Уровень адаптации (ATM Adaptation Layer, AAL) представляет собой набор протоколов AAL1-AAL5, которые преобразуют сообщения протоколов верхних уровней сети ATM в ячейки ATM нужного формата. Уровень адаптации состоит из нескольких подуровней. Нижний подуровень AAL называется подуровнем сегментации и реассемблирования (Segmentation And Reassembly, SAR). Эта часть не зависит от типа протокола AAL (и, соответственно, от класса передаваемого трафика) и занимается разбиением (сегментацией) сообщения, принимаемого AAL от протокола верхнего уровня, на ячейки ATM, снабжением их соответствующим заголовком и передачей уровню ATM для отправки в сеть. Верхний подуровень AAL называется подуровнем конвергенции Convergence Sublayer, CS. Этот подуровень зависит от класса передаваемого трафика. Протокол подуровня конвергенции решает такие задачи, как, например, обеспечение временной синхронизации между передающим и принимающим узлами (для трафика, требующего такой синхронизации), контролем и возможным восстановлением битовых ошибок в пользовательской информации, контролем целостности передаваемого пакета компьютерного протокола (Х.25, frame relay).

Назначение протоколов адаптации Ни один из протоколов AAL при передаче пользовательских данных конечных узлов не занимается восстановлением потерянных или искаженных данных. Максимум, что делает протокол AAL, это уведомляет конечный узел о таком событии. Протокол AAL1 обычно обслуживает трафик класса А Протокол AAL2 был разработан для передачи трафика класса В, но при развитии стандартов он был исключен из стека протоколов ATM, и сегодня трафик класса В передается с помощью протокола AAL1, AAL3/4 или AAL5. Протокол AAL3/4 обрабатывает пульсирующий трафик обычно характерный для трафика локальных сетей с переменной битовой скоростью (Variable Bit Rate, VBR).

Протокол ATM Протокол ATM занимается передачей ячеек через коммутаторы при установленном и настроенном виртуальном соединении, то есть на основании готовых таблиц коммутации портов. Протокол ATM выполняет коммутацию по номеру виртуального соединения, который в технологии ATM разбит на две части идентификатор виртуального пути (VirtualPath Identifier, VPI) и идентификатор виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI). Кроме этой основной задачи протокол ATM выполняет ряд функций по контролю за соблюдением трафик- контракта со стороны пользователя сети, маркировке ячеек- нарушителей, отбрасыванию ячеек-нарушителей при перегрузке сети, а также управлению потоком ячеек для повышения производительности сети (естественно, при соблюдении условий трафик-контракта для всех виртуальных соединений).

Доставка данных Рассмотрим методы коммутации ячеек ATM на основе пары чисел VPI/VCI. Коммутаторы ATM могут работать в двух режимах коммутации виртуального пути и коммутации виртуального канала. В первом режиме коммутатор выполняет продвижение ячейки только на основании значения поля VPI, а значение поля VCI он игнорирует. Обычно так работают магистральные коммутаторы территориальных сетей. Они доставляют ячейки из одной сети пользователя в другую на основании только старшей части номера виртуального канала, что соответствует идее агрегирования адресов. В результате один виртуальный путь соответствует целому набору виртуальных каналов, коммутируемых как единое целое. После доставки ячейки в локальную сеть ATM ее коммутаторы начинают коммутировать ячейки с учетом как VPI, так и VCI, но при этом им хватает для коммутации только младшей части номера виртуального соединения, так что фактически они работают с VCI, оставляя VPI без изменения. Последний режим называется режимом коммутации виртуального канала

Использование технологии ATM Применяется там, де необходима передача больших объемов трафика (основной конкурент Gigabit Ethernet), и там, где нужно обеспечить низкий уровень задержек, необходимый для передачи информации реального времени, т.е. где качество обслуживания очень важно (видеоконференции, трансляция телевизионных передач и т. п.). Коммутаторы ATM используются как гибкая среда коммутации виртуальных каналов между IP-маршрутизаторами, которые передают свой трафик в ячейках ATM. Сети ATM оказались более выгодной средой соединения IP-маршрутизаторов, чем выделенные каналы SDH, так как виртуальный канал ATM может динамически перераспределять свою пропускную способность между пульсирующим трафиком клиентов IP- сетей