Сети ЭВМ и виртуальные каналы

2

Содержание

1.Содержание………………………………………………………………12.Введение…………………………………………………………………2

3. Общая характеристика              4

4. Уровень ATM и виртуальные каналы              8

5.Заключение

6.Список литературы

Введение

Сеть с виртуальными каналами объединяет в себе некоторые основные черты, как коммутации каналов, так и коммутации пакетов. Пропускная способность сети распределяется динамически, следуя принципу «необходимости», при этом все пакеты многопакетного сообщения следуют через сеть по одному и тому же маршруту. Маршрут следования пакета по сети устанавливается до того, как начнется взаимодействие узлов и информационный обмен, и все узлы, через которые проходит маршрут следования, информируются о «соединении» и о том, куда следует направлять пакеты, которые в дальнейшем поступят. Затем все пакеты, передаваемые между двумя оконечными пунктами, следуют через сеть по одному и тому же пути. По существу, виртуальный канал — это логическое понятие, определяющее адреса и указатели на узлах сети без закрепления средств передачи. По окончании соединения (или по окончании сеанса — по терминологии, принятой при передаче данных) виртуальный канал освобождается с помощью сообщения «разъединения» передаваемого по сети.

Отдельные «соединения» или сеансы между одной и той же парой оконечных пунктов не обязательно используют идентичные пути следования пакета на сети. Каждый виртуальный канал образуется в период фазы установления соединения, которая зависит от нагрузки в это время. Таким образом, сеть с виртуальными каналами может реагировать на ее повреждения или изменения нагрузки, однако время реагирования будет более длинным, чем на сети с динамическим управлением выбором маршрутов. Если при переходе от одного соединения к следующему виртуальные каналы изменяются, то такую сеть называют иногда «сетью с коммутируемыми виртуальными каналами» по прямой аналогии с обычной коммутацией каналов.

Виртуальные каналы можно устанавливать, используя либо распределенное, либо централизованное управление. Если применяется распределенное управление, то при прохождении сообщения об установлении соединения по сети каждый узел принимает локальное решение о том, какую исходящую линию следует выбирать. Таким образом, выбор пути при распределенном управлении в основном идентичен процессу маршрутизации на телефонной сети общего пользования.

В отношении обычных сетей с коммутацией каналов, установление соединения при централизованном управлении обладает существенным преимуществом, состоящим в возможности установления соединений с учетом состояния всей сети и ее нагрузки. Примером сетей коммутации пакетов с использованием виртуальных каналов с централизованным управлением служит сеть TYMENET в Соединенных Штатах и сеть DATARAS в Канаде.

Поскольку фаза установления соединения виртуального канала представляет собой «дополнительные затраты» для однопакетных сообщений, то режим работы с использованием виртуального канала, очевидно, более приемлем, когда сеть обслуживает относительно большое число многопакетных сообщений или сеансов. Вследствие этого предлагается сеть, работающая в двойном режиме: с использованием виртуальных каналов для длинных сообщений и с непосредственной передачей с динамической маршрутизацией для однопакетных сообщений. В этом случае однопакетные сообщения обычно называют дейтаграммами.

1. Общая характеристика

Коммутация пакетов с использованием виртуальных каналов - это технологии передачи данных сетевого уровня, объединяющие свойства коммутации каналов и коммутации пакетов. При этом в значительной мере удается реализовать достоинства обоих методов коммутации. В настоящее время достаточно широко применяются технологии сетей X.25, Frame Relay, ATM.

Данные передаются на сетевом уровне в виде пакетов, имеющих стандартную структуру и размеры. Пакеты данных от одного конечного узла DTE к другому конечному узлу DTE можно передавать в сети только после установления соединения - специальной сетевой процедуры создания виртуального канала. Виртуальное соединение в отличие от физического соединения не закрепляет жестко ресурсы канала передачи данных, виртуальное соединение необходимо только для указания выбранного в соединении постоянного маршрута для доставки пакетов. Пакеты разных виртуальных каналов могут конкурировать за доступ к каналу передачи данных, так как один канал может обслуживать несколько виртуальных соединений.

Так же как и в физических соединениях возможны два типа каналов: коммутируемые виртуальные каналы (SVC) и постоянные виртуальные каналы (PVC). Виртуальные каналы существуют в виде записей в таблицах коммутации портов коммуникационных узлов сети. В соответствии с этими таблицами коммутации каждый поступающий пакет направляется по соответствующему зарегистрированному виртуальному каналу.

PVC создаются вручную и закрепляются постоянно аналогично выделенным телефонным линиям. Стоимость PVC намного ниже, чем выделенных линий, так как пропускная способность каналов передачи данных делится между многими пользователями. В большинстве случаев нет необходимости поддерживать PVC (и платить за него), виртуальное соединение SVC создают только на периоды передачи данных. Создание SVC, т.е. выбор маршрута для доставки пакетов, производится коммуникационными узлами (маршрутизаторами) автоматически по специальной заявке, поступающей от конечного узла. После окончания передачи данных SVC отключается также с помощью специальной процедуры.

Основная задача, решаемая при создании виртуального канала, - решить задачу маршрутизации и зафиксировать этот маршрут в коммуникационных узлах сети. На сетевом уровне, при использовании технологии виртуальных каналов маршрутизация является одной из наиболее сложных задач и решается только один раз при создании виртуального канала. Это существенно упрощает процедуры доставки пакетов по зарегистрированному виртуальному соединению. Фактически алгоритмы управления и контроля работы по виртуальному каналу близки к соответствующим алгоритмам, используемым на канальном уровне в рамках протоколов HDLC.

Естественно, что создание виртуального канала между конечными узлами требует передачи их полных сетевых адресов. Адресация сетевых пакетов по уже созданному виртуальному соединению производится с помощью идентификатора виртуального канала VCI. Значение VCI определяется при создании виртуального канала, в отличие от сетевого адреса имеет не глобальный, а локальный смысл, т.е. каждый маршрутизатор присваивает определенный номер создаваемому виртуальному каналу на каждом участке сети. Причем во входном порте VCI имеет одно значение, а выходном порте - уже другое. Эти значения VCI регистрируются в специальных таблицах коммутации портов маршрутизатора и для передаваемых по виртуальному каналу пакетов автоматически изменяются при передаче с входного порта в выходной. Так как число поддерживаемых одновременно виртуальных каналов в маршрутизаторе относительно невелико, объем таблиц коммутации портов и размер VCI также небольшой.

В соответствии с этими факторами маршрутизация пакетов существенно ускоряется. Кроме того, использование простых и небольших по размеру VCI позволяет существенно сократить объем служебных полей пакета и соответственно повысить скорость передачи полезной информации. Следует отметить, что это преимущества уже созданного виртуального соединения. А создание виртуального соединения - это сложная и достаточно громоздкая процедура, обычно она выполняется по запросу конечного узла с помощью специального служебного пакет Call Request. Если в процессе передачи данных виртуальный канал отказывает по какой-либо причине, продолжение передачи данных возможно только после создания нового виртуального канала. Необходимо также учитывать, что из-за большого числа коммуникационных устройств, поддерживающих функционирование виртуального канала, вероятность отказов существенно выше, чем в процедурах канального уровня. Поэтому на сетевом уровне необходимы более жесткие процедуры контроля работы и восстановления корректной работы после сбоев.

Совершенствование техники виртуальных каналов тесно связано с развитием технологий передачи данных в телефонных сетях. Первые такие сети стандарта X.25 создавались для работы в аналоговых телефонных сетях, поэтому X.25 обеспечивают относительно низкую производительность, но весьма высокую надежность при передаче данных. Сети ISDN используют исключительно цифровые алгоритмы передачи данных с более высокой скоростью и помехоустойчивостью. Это позволило упростить процедуры контроля сообщений для повышения производительности и создать технологию Frame Relay, как одну из сетевых служб ISDN. Frame Relay обеспечивает не только передачу данных между DTE, но и может гарантировать определенное качество сервиса при доставке сообщений. Появление высокоскоростных цифровых магистральных каналов стандартов SDH/SONET привело к разработке сетей ATM, которые обеспечивают весьма высокую производительность при высоком качестве сервиса.

Сервисы ISDN обладают гораздо более высоким качеством, чем аналоговых телефонных сетей. Кроме более высокой помехоустойчивости ISDN предоставляет два типа интерфейсов для пользователей: базовый (BRI) и первичный (PRI) интерфейсы. BRI содержит 2 B канала и D канал (2х64+16) с суммарной пропускной способностью 144 кбит/с. PRI - по европейским стандартам 30 B и D канал (30х64+64) с суммарной пропускной способностью 1984 кбит/с. Телефонные аппараты подключаются через S интерфейс (B+D). Стандарты определяют три нижних уровня, на сетевом уровне определены процедуры установления соединения (коммутация каналов).

2. Уровень ATM и виртуальные каналы

В модели OSI стандарты для канального уровня описывают, каким образом устройства могут совместно использовать среду передачи и гарантировать надежное физическое соединение. Стандарты для уровня ATM регламентируют передачу сигналов, управление трафиком и установление соединений в сети ATM. Функции передачи сигналов и управления трафиком уровня ATM подобны функциям канального уровня модели OSI, а функции установления соединения ближе всего к функциям маршрутизации, которые определены стандартами модели OSI для сетевого уровня.

Стандарты для уровня ATM описывают, как получать ячейку, сгенерированную на физическом уровне, добавлять 5-байтный заголовок и посылать ячейку уровню адаптации ATM. Эти стандарты также определяют, каким образом нужно устанавливать соединение с таким качеством сервиса (QoS), которое запрашивает ATM-устройство или конечная станция.

Стандарты установления соединения для уровня ATM определяют виртуальные каналы и виртуальные пути. Виртуальный канал ATM - это соединение между двумя конечными станциями ATM, которое устанавливается на время их взаимодействия. Виртуальный канал является двунаправленным; это означает, что после установления соединения каждая конечная станция может как посылать пакеты другой станции, так и получать их от нее.

После того как соединение установлено, коммутаторы между конечными станциями получают адресные таблицы, содержащие сведения о том, куда необходимо направлять ячейки. В них используется следующая информация:

-  адрес порта, из которого приходят ячейки;

-  специальные значения в заголовках ячейки, которые называются идентификаторами виртуального канала (virtual circuit identifiers - VCI) и идентификаторами виртуального пути (virtual path identifiers - VPI).

-  Адресные таблицы также определяют, какие VCI и VPI коммутатор должен включить в заголовки ячеек перед тем как их передать.

Имеются три типа виртуальных каналов:

-  постоянные виртуальные каналы (permanent virtual circuits - PVC);

-  коммутируемые виртуальные каналы (switched virtual circuits - SVC);

-  интеллектуальные постоянные виртуальные каналы (smart permanent virtual circuits - SPVC).

PVC - это постоянное соединение между двумя конечными станциями, которое устанавливается вручную в процессе конфигурирования сети. Пользователь сообщает провайдеру ATM-услуг или сетевому администратору, какие конечные станции должны быть соединены, и он устанавливает PVC между этими конечными станциями.PVC включает в себя конечные станции, среду передачи и все коммутаторы, расположенные между конечными станциями. После установки PVC для него резервируется определенная часть полосы пропускания, и двум конечным станциям не требуется устанавливать или сбрасывать соединение.

SVC устанавливается по мере необходимости - всякий раз, когда конечная станция пытается передать данные другой конечной станции. Когда отправляющая станция запрашивает соединение, сеть ATM распространяет адресные таблицы и сообщает этой станции, какие VCI и VPI должны быть включены в заголовки ячеек. Через произвольный промежуток времени SVC сбрасывается. SVC устанавливается динамически, а не вручную. Для него стандарты передачи сигналов уровня ATM определяют, как конечная станция должна устанавливать, поддерживать и сбрасывать соединение. Эти стандарты также регламентируют использование конечной станцией при установлении соединения параметров QoS из уровня адаптации ATM. Кроме того, стандарты передачи сигналов описывают способ управления трафиком и предотвращения "заторов": соединение устанавливается только в том случае, если сеть в состоянии поддерживать это соединение. Процесс определения, может ли быть установлено соединение, называется управлением признанием соединения (connection admission control - CAC).

SPVC - это гибрид PVC и SVC. Подобно PVC, SPVC устанавливается вручную на этапе конфигурирования сети. Однако провайдер ATM-услуг или сетевой администратор задает только конечные станции. Для каждой передачи сеть определяет, через какие коммутаторы будут передаваться ячейки.Большая часть раннего оборудования ATM поддерживала только PVC. Поддержка SVC и SPVC начинает реализовываться только сейчас.