ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 760
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Из обзора ученых мы видим, что сети 6G будут иметь четы-
ре новых смены парадигмы:
Во-первых, чтобы удовлетворить требования глобального охва- та, 6G не будут ограничены наземными сетями связи, они должны быть дополнены сетями расположенными вне земли. Это будут спут- никовые и беспилотные летательные аппараты (БЛА) сетей связи, обеспечивая таким образом пространство воздух-земля-море инте- грированную сеть связи.
Во-вторых, все спектры будут полностью исследованы для дальнейшего увеличения скорости передачи данных и плотности под- ключения, включая диапазоны частот ниже 6 ГГц, миллиметровые, терагерцевые (ТГц) и оптические диапазоны частот.
В-третьих, столкновение с большими наборами данных, со- зданными с помощью чрезвычайно разнородных сетей, разнообраз- ных коммуникаций. Сценарии, большое количество антенн, широкая полоса пропускания и новые требования к услугам, сети 6G позволят создать новый спектр интеллектуальных приложений с помощью ис- кусственного интеллекта (ИИ) и технологий больших данных.
В-четвертых, при развитии сетей 6G необходимо усилить без- опасность сети.
В статье ученых и экспертов представлен всесторонний обзор последних достижений и будущих тенденций в этих четырех аспек- тах. Очевидно и предположительно, что сети будущего 6G с дополни- тельными техническими требованиями помимо 5G обеспечат более
138 быструю инновационную связь до такой степени, что исчезнет грани- ца между физическим и кибер-мирами.
2.4. Магистральные сети передачи данных
Определение и история развития.
Магистральные сети передачи данных по охватываемой ими территории принято делить на:
региональные сети (Metropolitan Area Network – MAN)
глобальные сети (Wide Area Network – WAN).
Основными отличиями между сетями различных групп, помимо территориального охвата, являются используемые в сетях техноло- гии. При этом следует отметить, что в последнее время наблюдается взаимопроникновение технологий из одних групп в другие. Так, например, технология Ethernet, ранее используемая только в локаль- ных сетях, сегодня выходит на уровень сетей MAN и даже WAN.
Магистральные сети передачи данных начали активно разви- ваться на рубеже 60–70х годов. В то время основными сетями были телефонные сети, в которых использовались аналоговые каналы, так называемые каналы тональной частоты (ТЧ). Эти каналы являются каналами низкого качества. При передаче данных по этим каналам коэффициент ошибок на бит может достигать значений 10 3
(одна ошибка на 1000 переданных бит). Такой уровень ошибок абсолютно неприемлем при передаче данных, ибо высокая верность является од- ним из основных требований, предъявляемых к сети трафиком дан- ных. Важной особенностью трафика данных является также его большая неравномерность во времени и требования, связанные с ми- нимизацией задержек при его передаче через сеть. Данные обстоя- тельства (низкоскоростные каналы с высоким коэффициентом оши- бок, неравномерность трафика во времени и требования по миними- зации задержек) послужили основными причинами, по которым в се- тях передачи данных стал использоваться метод коммутации пакетов
(КП). Этот метод позволяет с одной стороны обеспечить эффективное
139 использование канальных ресурсов в условиях неравномерного тра- фика, а, с другой – обнаружение и исправление ошибок по мере про- движения пакетов на отдельных участках сети. С сетями передачи данных связано также появление модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection – OSI), называемой иногда семи- уровневой моделью. Дело в том, что в компьютерных сетях, как в се- тевых, так и в оконечных устройствах используются средства вычис- лительной техники и, соответственно, аппаратные, и программные средства. В этих условиях сложную задачу взаимодействия удален- ных устройств через сеть передачи данных удобно, как это принято в программировании, разбить на отдельные более простые подзадачи
(т. е. провести декомпозицию) и решать каждую подзадачу независи- мо. Это также обеспечивает большую гибкость при изменении каких- либо условий, например, изменении среды передачи. Платой за оче- видные преимущества такого подхода является увеличение числа за- головков, т.е. увеличение накладных расходов, связанных с передачей информации по сети. На рис. 2.14 представлен процесс взаимодей- ствия двух оконечных устройств с использованием модели OSI.
Рис. 2.14. Модель OSI
Сети с коммутацией пакетов Х.25
Сети Х.25 являются одними из первых сетей передачи данных общего пользования. Учитывая время, когда создавался данный стан-
140 дарт, в технологии Х.25 заложены мощные механизмы защиты от ошибок, (обнаружение и исправление ошибок), позволяющие обеспе- чивать передачу данных по каналам низкого качества. Другая особен- ность сетей Х.25 заключается в низких скоростях передачи данных.
Эта особенность также связана с тем, что эти сети были рассчитаны на работу по каналам тональной частоты, скорость передачи в кото- рых ограничивается полосой частот 300 – 3400 Гц. Даже сегодня ско- рость передачи по этим каналам не превышает 33,6 кбит/c. Скорость
56 кбит/с, обеспечиваемая современными модемами при доступе в
Internet, связана с особенностями построения современной цифровой телефонной сети и возможна только в направлении к абоненту. Более высокие скорости могут обеспечиваться при использовании цифро- вых каналов, но даже в этом случае оборудование Х.25, выпускаемое сегодня работает на скоростях не более 256 кбит/с.
Технология Х.25, как и технологии Frame Relay (FR), и АТМ использует технику виртуальных соединений, которая как и
ТфОП/ISDN предполагает наличие 3-х этапов:
установление (виртуального) соединения
передача информации
разрушение соединения.
Но в отличие от ТфОП/ISDN при виртуальных соединениях от- сутствует жесткое закрепление канальных ресурсов за каждым соеди- нением. Вместо этого за установленным соединением фиксируется маршрут, т.е. последовательность коммутаторов, через которые будут передаваться блоки данных от источника к получателю. Это означает, что при малой загрузке сети в принципе одно соединение может ис- пользовать всю доступную полосу участков сети, через которые оно проходит. Но т.к. информация от источников поступает неравномерно
(имеются значительные промежутки времени, когда информация не передается), то это позволяет разделять канальные ресурсы между большим числом виртуальных соединений. В этом и состоит суть ста- тистического уплотнения (в отличие от статического закрепления ка- нальных ресурсов в ТфОП/ISDN), при котором в общем случае зна- чительно эффективнее используются канальные ресурсы. Это и поз-
141 воляет обеспечить более низкую стоимость услуг таких сетей. Следу- ет иметь в виду, что статистическое уплотнение предполагает воз- можность возникновения как кратковременных и долговременных перегрузок в сети. Кратковременные перегрузки приводят к возник- новению очередей в коммутаторах и, как следствие к увеличению за- держек при передаче информации через сеть. Долговременные пере- грузки могут приводить к переполнению очередей и к потере части передаваемой информации.
В сетях с коммутацией пакетов, использующих режим вирту- альных соединений, различают коммутируемые (switched virtual
connection – SVC) и постоянные (permanent virtual connection – PVC) виртуальные соединения. Различие между ними примерно такое же, как между коммутируемыми соединениями в ТфОП/ISDN и арендо- ванными каналами PDH/SDH.
При организации виртуальных соединений адреса источников и получателей информации используются только на этапе установления соединения. Во время передачи информации для идентификации со- единения вместо адресов источников и получателей используются специальные комбинации бит, называемые метками (рис. 2.15) Значе- ния меток никак не связаны с указанными адресами так, что во время передачи информации определение источников и получателей за- труднительно. Данный механизм обеспечивает повышенную безопас- ность, особенно если учесть, что при организации частных сетей обычно используются постоянные виртуальные соединения, т.е. этап установления соединения отсутствует.
142
Рис. 2.15. Виртуальные соединения
Технология Х.25 работает на 3-х нижних уровнях модели OSI
(рис. 2.16). На 2-м уровне определен протокол LAPВ, обеспечиваю- щий надежную передачу кадров между смежными устройствами. Для обнаружения ошибок в протоколе используется циклический код с образующим полиномом P(x) = x
16
+х
5
+х
2
+1, а для их исправления обратная связь. Кроме того, используется ряд дополнительных меха- низмов, направленных на повышение верности при передаче: цикли- ческая нумерация кадров, механизм окна, управление передачей.
Рис. 2.16. Стек протоколов X25
Виртуальные соединения организуются на 3-м уровне модели
OSI. При этом, для обеспечения гарантированной доставки пакетов на
143 3-м уровне для каждого виртуального соединения фактически дубли- руются многие механизмы, используемые на 2-м уровне.
Следует отметить, что при передаче данных по каналам низкого качества у сетей Х.25, пожалуй, сегодня нет конкурентов. Поэтому не удивительно, что в современных модемах, используемых для работы по каналам ТЧ, для защиты от ошибок используются те же механиз- мы, что и в Х.25 (протокол LAPM, рекомендация V.42). Раньше сети
Х.25 были основными сетями для передачи данных. Сегодня с разви- тием цифровых каналов ситуация резко изменилась. Но в нашей стране еще имеется много регионов, в которых можно рассчитывать только на технологию Х.25.
Также можно отметить, что хотя сети Х.25 являются сетями пе- редачи данных общего пользования, тем не менее, на практике их услугами пользуются, в основном, только предприятия и учреждения, а не частные лица, что также способствует повышению безопасности при использовании этих сетей. Пример использования сетей Х.25 для объединения удаленных офисов показан на рис. 2.17.
Рис. 2.17. Использования сетей Х.25 для объединения удаленных офисов
144
Сети с ретрансляцией кадров (FrameRelay).
Ретрансляция кадров (Frame Relay – FR) – это технология пере- дачи информации в сетях передачи данных с коммутацией пакетов.
Первоначально разработка стандарта FR ориентировалась на цифро- вые сети интегрального обслуживания – ISDN для поддержки услуг передачи данных вместо технологии Х.25. Однако сегодня техноло- гия FR в основном используется как самостоятельная технология.
Появление технологии FR вызвано с одной стороны появлением высокоскоростных цифровых каналов, а с другой – повышением «ин- теллектуальности" оконечного оборудования. Цифровые каналы, ис- пользующие, как правило, оптоволоконные линии, кроме высокой скорости по сравнению с аналоговыми каналами обеспечивают на не- сколько порядков меньший коэффициент ошибок по битам. Это вме- сте с повышением возможностей оконечного оборудования позволи- ло отказаться от многих сложных механизмов обеспечения достовер- ности при передаче информации, использующихся в сетях Х.25 и тем самым значительно упростить технологию FR. Это отражено и в названии технологии. Сети Х.25 работают на сетевом и канальном уровнях и оперируют с блоками информации, называемыми соответ- ственно пакетами и кадрами, в то время как сети FR при передаче ин- формации работают только на канальном уровне и оперируют только с кадрами. В отличие от сетей Х.25, которые гарантируют надежную доставку информации, в сетях FR эта задача возлагается на оконечное оборудование. Основная задача технологии FR – максимально быст- рая передача информации так, что если кадр получен без искажений, он направляется далее по соответствующему маршруту. Искаженные кадры просто сбрасываются сетью без уведомления об этом источни- ка. При возникновении проблем, связанных с перегрузкой сети FR, ее узлы также могут сбрасывать кадры.
Такой подход, наряду с высокими по сравнению с сетями Х.25 скоростями (в настоящее время в соответствии со стандартами FR может работать со скоростями до 155 Мбит/с, что соответствует уровню STM-1 технологии SDH), обеспечивает малое время задержки
145 передачи информации через сеть и простой формат кадров, содержа- щих минимум управляющей информации. Можно сказать, что техно- логия FR на сегодня является, пожалуй, является самой простой и эффективной с точки зрения накладных расходов технологией.
Надо отметить, что сегодня технология FR в основном исполь- зуется для объединения локальных сетей, т.е. фактически для созда- ния корпоративных сетей. При этом, как и в Х.25 используется техни- ка организации постоянных виртуальных соединений (рис. 2.18). Но в отличие от Х.25 при заключении договора между клиентом и постав- щиком услуг сети в нем помимо скорости физического подключения указывается еще ряд параметров:
гарантированная скорость передачи данных (Committed
Information Rate, CIR), при этом обеспечивается требуемое качество доставки;
гарантированный объем передачи информации (Committed
Burst Size, Bc = CIR*T), при обеспечении требуемого качества достав- ки;
дополнительный объем передачи информации (Excess
Burst Size, Be)
качество передачи данных может снижаться.
Другими словами можно говорить, что в технологии FR вводят- ся элементы соглашения о качестве обслуживания. Проверка выпол- нения указанного соглашения выполняется с использованием меха- низма, называемого “Leaky Bucket” (рис. 2.18).
146
Рис. 2.18. Алгоритм механизма «Leaky bucket»
Узел доступа к сети FR измеряет объем информации, поступа- ющей от клиента. Если этот объем не превышает Bc = CIR*T, то кад- ры передаются без изменений. Если измеренный объем превышает
Вс, но не более чем величину Be, то в передаваемых кадрах устанав- ливается в "1" специальный бит DE, что дает возможность сети уда- лять эти кадры при возникновении перегрузок (абонент также имеет право решать, какие кадры для него менее важны). Наконец, если из- меренный объем превышает Вс + Ве, то поступающие кадры не при- нимаются сетью вне зависимости от каких-либо условий. Клиент мо- жет воспользоваться соглашением и для того, чтобы уменьшить свои затраты следующим способом. Стоимость услуг при передаче кадров с битом DE, установленным в "1" значительные ниже. При наличии в сети значительного запаса пропускной способности клиент может определить CIR равной "0". В этом случае во всех передаваемых кад- рах бит DE будет установлен в "1", но при наличии запаса пропуск- ной способности это практически не скажется на качестве передачи.
147
Понимая это, большинство операторов устанавливают минимальное значение CIR.
Первоначально технология FR разрабатывалась только для пе- редачи данных. Соответственно, все реализующие этот метод меха- низмы и качество обслуживания (QoS) определялись только для тра- фика данных, т.е. трафика не чувствительного к задержкам.
С повышением скоростей передачи и интеллектуальных воз- можностей используемого оборудования в технологии FR, как и в других технологиях передачи данных, введена возможность передачи трафика реального времени и, прежде всего, речи. Для повышения эффективности передачи речи используются сжатие (компрессия) ре- чи и подавление пауз, благодаря чему минимизируется объем трафи- ка, передаваемого по сети. Уменьшение задержек передачи, что очень важно для трафика реального времени, достигается за счет приорите- зации речевого трафика и использования достаточно больших скоро- стей передачи на магистральных линиях связи. Для уменьшения за- держек на низкоскоростных каналах применяется уменьшение мак- симального размера кадров неречевого трафика (фрагментация). Это позволяет избежать задержек, связанных с нахождением в очереди на передачу очень длинных кадров, с целью уменьшения задержки. Для передачи речи по сетям FR разработаны соответствующие стандарты, в частности стандарты форума Frame Relay (Frame Relay Forum –
FRF): “Data Compression – FRF.9”, “Voice Over Frame Relay - FRF.11”,
“Frame Relay Fragmentation – FRF.12” и некоторые другие. Следует отметить, что эффективность передачи голоса с использованием FR выше, чем с использованием технологии TCP/IP. В настоящее время выпускается оборудование VFRAD (Voice Frame Relay Access Device), которое обеспечивает эффективное мультиплексирование голосового трафика и трафика данных при передаче по сети FR.
Как уже говорилось выше, технология FR первоначально разра- батывалась как служба передачи данных в сетях ISDN, т.е. сети, предоставляющей, прежде всего, услуги по требованию (коммутиру- емый сервис). С этой целью для FR разработаны стандарты для под- держки коммутируемых виртуальных соединений – SVC. Эти стан-
ре новых смены парадигмы:
Во-первых, чтобы удовлетворить требования глобального охва- та, 6G не будут ограничены наземными сетями связи, они должны быть дополнены сетями расположенными вне земли. Это будут спут- никовые и беспилотные летательные аппараты (БЛА) сетей связи, обеспечивая таким образом пространство воздух-земля-море инте- грированную сеть связи.
Во-вторых, все спектры будут полностью исследованы для дальнейшего увеличения скорости передачи данных и плотности под- ключения, включая диапазоны частот ниже 6 ГГц, миллиметровые, терагерцевые (ТГц) и оптические диапазоны частот.
В-третьих, столкновение с большими наборами данных, со- зданными с помощью чрезвычайно разнородных сетей, разнообраз- ных коммуникаций. Сценарии, большое количество антенн, широкая полоса пропускания и новые требования к услугам, сети 6G позволят создать новый спектр интеллектуальных приложений с помощью ис- кусственного интеллекта (ИИ) и технологий больших данных.
В-четвертых, при развитии сетей 6G необходимо усилить без- опасность сети.
В статье ученых и экспертов представлен всесторонний обзор последних достижений и будущих тенденций в этих четырех аспек- тах. Очевидно и предположительно, что сети будущего 6G с дополни- тельными техническими требованиями помимо 5G обеспечат более
138 быструю инновационную связь до такой степени, что исчезнет грани- ца между физическим и кибер-мирами.
2.4. Магистральные сети передачи данных
Определение и история развития.
Магистральные сети передачи данных по охватываемой ими территории принято делить на:
региональные сети (Metropolitan Area Network – MAN)
глобальные сети (Wide Area Network – WAN).
Основными отличиями между сетями различных групп, помимо территориального охвата, являются используемые в сетях техноло- гии. При этом следует отметить, что в последнее время наблюдается взаимопроникновение технологий из одних групп в другие. Так, например, технология Ethernet, ранее используемая только в локаль- ных сетях, сегодня выходит на уровень сетей MAN и даже WAN.
Магистральные сети передачи данных начали активно разви- ваться на рубеже 60–70х годов. В то время основными сетями были телефонные сети, в которых использовались аналоговые каналы, так называемые каналы тональной частоты (ТЧ). Эти каналы являются каналами низкого качества. При передаче данных по этим каналам коэффициент ошибок на бит может достигать значений 10 3
(одна ошибка на 1000 переданных бит). Такой уровень ошибок абсолютно неприемлем при передаче данных, ибо высокая верность является од- ним из основных требований, предъявляемых к сети трафиком дан- ных. Важной особенностью трафика данных является также его большая неравномерность во времени и требования, связанные с ми- нимизацией задержек при его передаче через сеть. Данные обстоя- тельства (низкоскоростные каналы с высоким коэффициентом оши- бок, неравномерность трафика во времени и требования по миними- зации задержек) послужили основными причинами, по которым в се- тях передачи данных стал использоваться метод коммутации пакетов
(КП). Этот метод позволяет с одной стороны обеспечить эффективное
139 использование канальных ресурсов в условиях неравномерного тра- фика, а, с другой – обнаружение и исправление ошибок по мере про- движения пакетов на отдельных участках сети. С сетями передачи данных связано также появление модели взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection – OSI), называемой иногда семи- уровневой моделью. Дело в том, что в компьютерных сетях, как в се- тевых, так и в оконечных устройствах используются средства вычис- лительной техники и, соответственно, аппаратные, и программные средства. В этих условиях сложную задачу взаимодействия удален- ных устройств через сеть передачи данных удобно, как это принято в программировании, разбить на отдельные более простые подзадачи
(т. е. провести декомпозицию) и решать каждую подзадачу независи- мо. Это также обеспечивает большую гибкость при изменении каких- либо условий, например, изменении среды передачи. Платой за оче- видные преимущества такого подхода является увеличение числа за- головков, т.е. увеличение накладных расходов, связанных с передачей информации по сети. На рис. 2.14 представлен процесс взаимодей- ствия двух оконечных устройств с использованием модели OSI.
Рис. 2.14. Модель OSI
Сети с коммутацией пакетов Х.25
Сети Х.25 являются одними из первых сетей передачи данных общего пользования. Учитывая время, когда создавался данный стан-
140 дарт, в технологии Х.25 заложены мощные механизмы защиты от ошибок, (обнаружение и исправление ошибок), позволяющие обеспе- чивать передачу данных по каналам низкого качества. Другая особен- ность сетей Х.25 заключается в низких скоростях передачи данных.
Эта особенность также связана с тем, что эти сети были рассчитаны на работу по каналам тональной частоты, скорость передачи в кото- рых ограничивается полосой частот 300 – 3400 Гц. Даже сегодня ско- рость передачи по этим каналам не превышает 33,6 кбит/c. Скорость
56 кбит/с, обеспечиваемая современными модемами при доступе в
Internet, связана с особенностями построения современной цифровой телефонной сети и возможна только в направлении к абоненту. Более высокие скорости могут обеспечиваться при использовании цифро- вых каналов, но даже в этом случае оборудование Х.25, выпускаемое сегодня работает на скоростях не более 256 кбит/с.
Технология Х.25, как и технологии Frame Relay (FR), и АТМ использует технику виртуальных соединений, которая как и
ТфОП/ISDN предполагает наличие 3-х этапов:
установление (виртуального) соединения
передача информации
разрушение соединения.
Но в отличие от ТфОП/ISDN при виртуальных соединениях от- сутствует жесткое закрепление канальных ресурсов за каждым соеди- нением. Вместо этого за установленным соединением фиксируется маршрут, т.е. последовательность коммутаторов, через которые будут передаваться блоки данных от источника к получателю. Это означает, что при малой загрузке сети в принципе одно соединение может ис- пользовать всю доступную полосу участков сети, через которые оно проходит. Но т.к. информация от источников поступает неравномерно
(имеются значительные промежутки времени, когда информация не передается), то это позволяет разделять канальные ресурсы между большим числом виртуальных соединений. В этом и состоит суть ста- тистического уплотнения (в отличие от статического закрепления ка- нальных ресурсов в ТфОП/ISDN), при котором в общем случае зна- чительно эффективнее используются канальные ресурсы. Это и поз-
141 воляет обеспечить более низкую стоимость услуг таких сетей. Следу- ет иметь в виду, что статистическое уплотнение предполагает воз- можность возникновения как кратковременных и долговременных перегрузок в сети. Кратковременные перегрузки приводят к возник- новению очередей в коммутаторах и, как следствие к увеличению за- держек при передаче информации через сеть. Долговременные пере- грузки могут приводить к переполнению очередей и к потере части передаваемой информации.
В сетях с коммутацией пакетов, использующих режим вирту- альных соединений, различают коммутируемые (switched virtual
connection – SVC) и постоянные (permanent virtual connection – PVC) виртуальные соединения. Различие между ними примерно такое же, как между коммутируемыми соединениями в ТфОП/ISDN и арендо- ванными каналами PDH/SDH.
При организации виртуальных соединений адреса источников и получателей информации используются только на этапе установления соединения. Во время передачи информации для идентификации со- единения вместо адресов источников и получателей используются специальные комбинации бит, называемые метками (рис. 2.15) Значе- ния меток никак не связаны с указанными адресами так, что во время передачи информации определение источников и получателей за- труднительно. Данный механизм обеспечивает повышенную безопас- ность, особенно если учесть, что при организации частных сетей обычно используются постоянные виртуальные соединения, т.е. этап установления соединения отсутствует.
142
Рис. 2.15. Виртуальные соединения
Технология Х.25 работает на 3-х нижних уровнях модели OSI
(рис. 2.16). На 2-м уровне определен протокол LAPВ, обеспечиваю- щий надежную передачу кадров между смежными устройствами. Для обнаружения ошибок в протоколе используется циклический код с образующим полиномом P(x) = x
16
+х
5
+х
2
+1, а для их исправления обратная связь. Кроме того, используется ряд дополнительных меха- низмов, направленных на повышение верности при передаче: цикли- ческая нумерация кадров, механизм окна, управление передачей.
Рис. 2.16. Стек протоколов X25
Виртуальные соединения организуются на 3-м уровне модели
OSI. При этом, для обеспечения гарантированной доставки пакетов на
143 3-м уровне для каждого виртуального соединения фактически дубли- руются многие механизмы, используемые на 2-м уровне.
Следует отметить, что при передаче данных по каналам низкого качества у сетей Х.25, пожалуй, сегодня нет конкурентов. Поэтому не удивительно, что в современных модемах, используемых для работы по каналам ТЧ, для защиты от ошибок используются те же механиз- мы, что и в Х.25 (протокол LAPM, рекомендация V.42). Раньше сети
Х.25 были основными сетями для передачи данных. Сегодня с разви- тием цифровых каналов ситуация резко изменилась. Но в нашей стране еще имеется много регионов, в которых можно рассчитывать только на технологию Х.25.
Также можно отметить, что хотя сети Х.25 являются сетями пе- редачи данных общего пользования, тем не менее, на практике их услугами пользуются, в основном, только предприятия и учреждения, а не частные лица, что также способствует повышению безопасности при использовании этих сетей. Пример использования сетей Х.25 для объединения удаленных офисов показан на рис. 2.17.
Рис. 2.17. Использования сетей Х.25 для объединения удаленных офисов
144
Сети с ретрансляцией кадров (FrameRelay).
Ретрансляция кадров (Frame Relay – FR) – это технология пере- дачи информации в сетях передачи данных с коммутацией пакетов.
Первоначально разработка стандарта FR ориентировалась на цифро- вые сети интегрального обслуживания – ISDN для поддержки услуг передачи данных вместо технологии Х.25. Однако сегодня техноло- гия FR в основном используется как самостоятельная технология.
Появление технологии FR вызвано с одной стороны появлением высокоскоростных цифровых каналов, а с другой – повышением «ин- теллектуальности" оконечного оборудования. Цифровые каналы, ис- пользующие, как правило, оптоволоконные линии, кроме высокой скорости по сравнению с аналоговыми каналами обеспечивают на не- сколько порядков меньший коэффициент ошибок по битам. Это вме- сте с повышением возможностей оконечного оборудования позволи- ло отказаться от многих сложных механизмов обеспечения достовер- ности при передаче информации, использующихся в сетях Х.25 и тем самым значительно упростить технологию FR. Это отражено и в названии технологии. Сети Х.25 работают на сетевом и канальном уровнях и оперируют с блоками информации, называемыми соответ- ственно пакетами и кадрами, в то время как сети FR при передаче ин- формации работают только на канальном уровне и оперируют только с кадрами. В отличие от сетей Х.25, которые гарантируют надежную доставку информации, в сетях FR эта задача возлагается на оконечное оборудование. Основная задача технологии FR – максимально быст- рая передача информации так, что если кадр получен без искажений, он направляется далее по соответствующему маршруту. Искаженные кадры просто сбрасываются сетью без уведомления об этом источни- ка. При возникновении проблем, связанных с перегрузкой сети FR, ее узлы также могут сбрасывать кадры.
Такой подход, наряду с высокими по сравнению с сетями Х.25 скоростями (в настоящее время в соответствии со стандартами FR может работать со скоростями до 155 Мбит/с, что соответствует уровню STM-1 технологии SDH), обеспечивает малое время задержки
145 передачи информации через сеть и простой формат кадров, содержа- щих минимум управляющей информации. Можно сказать, что техно- логия FR на сегодня является, пожалуй, является самой простой и эффективной с точки зрения накладных расходов технологией.
Надо отметить, что сегодня технология FR в основном исполь- зуется для объединения локальных сетей, т.е. фактически для созда- ния корпоративных сетей. При этом, как и в Х.25 используется техни- ка организации постоянных виртуальных соединений (рис. 2.18). Но в отличие от Х.25 при заключении договора между клиентом и постав- щиком услуг сети в нем помимо скорости физического подключения указывается еще ряд параметров:
гарантированная скорость передачи данных (Committed
Information Rate, CIR), при этом обеспечивается требуемое качество доставки;
гарантированный объем передачи информации (Committed
Burst Size, Bc = CIR*T), при обеспечении требуемого качества достав- ки;
дополнительный объем передачи информации (Excess
Burst Size, Be)
качество передачи данных может снижаться.
Другими словами можно говорить, что в технологии FR вводят- ся элементы соглашения о качестве обслуживания. Проверка выпол- нения указанного соглашения выполняется с использованием меха- низма, называемого “Leaky Bucket” (рис. 2.18).
146
Рис. 2.18. Алгоритм механизма «Leaky bucket»
Узел доступа к сети FR измеряет объем информации, поступа- ющей от клиента. Если этот объем не превышает Bc = CIR*T, то кад- ры передаются без изменений. Если измеренный объем превышает
Вс, но не более чем величину Be, то в передаваемых кадрах устанав- ливается в "1" специальный бит DE, что дает возможность сети уда- лять эти кадры при возникновении перегрузок (абонент также имеет право решать, какие кадры для него менее важны). Наконец, если из- меренный объем превышает Вс + Ве, то поступающие кадры не при- нимаются сетью вне зависимости от каких-либо условий. Клиент мо- жет воспользоваться соглашением и для того, чтобы уменьшить свои затраты следующим способом. Стоимость услуг при передаче кадров с битом DE, установленным в "1" значительные ниже. При наличии в сети значительного запаса пропускной способности клиент может определить CIR равной "0". В этом случае во всех передаваемых кад- рах бит DE будет установлен в "1", но при наличии запаса пропуск- ной способности это практически не скажется на качестве передачи.
147
Понимая это, большинство операторов устанавливают минимальное значение CIR.
Первоначально технология FR разрабатывалась только для пе- редачи данных. Соответственно, все реализующие этот метод меха- низмы и качество обслуживания (QoS) определялись только для тра- фика данных, т.е. трафика не чувствительного к задержкам.
С повышением скоростей передачи и интеллектуальных воз- можностей используемого оборудования в технологии FR, как и в других технологиях передачи данных, введена возможность передачи трафика реального времени и, прежде всего, речи. Для повышения эффективности передачи речи используются сжатие (компрессия) ре- чи и подавление пауз, благодаря чему минимизируется объем трафи- ка, передаваемого по сети. Уменьшение задержек передачи, что очень важно для трафика реального времени, достигается за счет приорите- зации речевого трафика и использования достаточно больших скоро- стей передачи на магистральных линиях связи. Для уменьшения за- держек на низкоскоростных каналах применяется уменьшение мак- симального размера кадров неречевого трафика (фрагментация). Это позволяет избежать задержек, связанных с нахождением в очереди на передачу очень длинных кадров, с целью уменьшения задержки. Для передачи речи по сетям FR разработаны соответствующие стандарты, в частности стандарты форума Frame Relay (Frame Relay Forum –
FRF): “Data Compression – FRF.9”, “Voice Over Frame Relay - FRF.11”,
“Frame Relay Fragmentation – FRF.12” и некоторые другие. Следует отметить, что эффективность передачи голоса с использованием FR выше, чем с использованием технологии TCP/IP. В настоящее время выпускается оборудование VFRAD (Voice Frame Relay Access Device), которое обеспечивает эффективное мультиплексирование голосового трафика и трафика данных при передаче по сети FR.
Как уже говорилось выше, технология FR первоначально разра- батывалась как служба передачи данных в сетях ISDN, т.е. сети, предоставляющей, прежде всего, услуги по требованию (коммутиру- емый сервис). С этой целью для FR разработаны стандарты для под- держки коммутируемых виртуальных соединений – SVC. Эти стан-