Технологии удаленного доступа и глобальных сетевых связей

12.1. Удаленные соединения

Понятие удаленного доступа к сети включает различные типы и варианты подсоединения одиночных компьютеров либо малых домашних или офисных сетей к территориально отдаленным крупным сетям. Для удаленного доступа обычно характерна несимметричность взаимодействия, когда с одной стороны, имеется крупная центральная сеть или мощный компьютер-сервер, а с другой – отдельный удаленный компьютер или небольшая локальная сеть, которым требуется доступ к информационным ресурсам центральной сети или сервера. В настоящее время наблюдается непрерывное увеличение количества таких удаленных узлов и сетей, поэтому продолжается совершенствование средств удаленного доступа.

Наиболее простым и пока самым распространенным способом удаленного доступа является использование для этого существующей инфраструктуры аналоговых телефонных сетей. Традиционные аналоговые телефонные сети работают на основе техники коммутации каналов, при этом каждая пара разговаривающих абонентов предварительно устанавливает через телефонную сеть соединение, образуя в ней дуплексный канал связи. Техника коммутации каналов для этого типа сетей сочетает хорошее качество передачи голоса и экономичность реализации телефонных коммутаторов. Однако техника коммутации каналов не достаточно эффективна при передачи пульсирующего компьютерного трафика, в связи с чем и была предложена альтернативная техника коммутации пакетов. Несмотря на это, сети с коммутацией каналов по-прежнему в разных вариантах очень часто используются для передачи компьютерных данных. Это связано с широкой распространенностью телефонной сети. В исторически первых сетях абонентское устройство (телефонный аппарат) преобразовывал звуковые колебания, являющиеся аналоговыми сигналами, в аналоговые же колебания электрического тока. Коммутаторы телефонной сети тоже передавали информацию в аналоговой форме, в ряде случаев перенося эти сигналы в другую область частотного спектра с помощью методов частотного уплотнения. В настоящее время в таких сетях все чаще между телефонными коммутаторами применяется передача голоса в цифровой форме путем мультиплексирования пользовательских каналов во времени. Однако при этом абонентские окончания остаются аналоговыми, так как на подключение и процедуры работы абонентов внутренние цифровые участки сети никакого влияния не оказывают.

Аналоговые телефонные сети имеют общепринятое «англоязычное» наименование PSTN (Public Switched Telephone Network – «публичная коммутируемая телефонная сеть»). К абонентским окончаниям, которые представляют собой медные пары, подключаются телефонные аппараты абонентов. Из-за того, что обычно длина абонентского окончания не должна превышать одного – двух километров, возник известный термин «последняя миля» (около 1,6 км), которая должна быть преодолена с максимально возможной скоростью передачи данных. Передача номера вызываемого абонента производится либо «импульсным», либо «тоновым» способом. При «импульсном» способе каждая цифра передается соответствующим числом последовательных импульсов размыкания – замыкания с частотой 10 или 20 Гц. При «тоновом» наборе посылается непрерывный сигнал, состоящий из комбинации двух частот, кодирующих подаваемый номер. Скорость «тонового» набора гораздо выше «импульсного». В аналоговых телефонных сетях составной канал между абонентами имеет полосу пропускания 3100 Гц в диапазоне от 300 до 3400 Гц, что обеспечивает удовлетворительную разборчивость речи. Для передачи данных по тоновому каналу используются модулирующие-демодулирующие устройства – так называемые модемы (модуляторы-демодуляторы). Функции обычного модема при передаче – преобразование широкополосных импульсов (цифрового кода) в узкополосные аналоговые сигналы, при приеме – фильтрация принятого сигнала от помех и демодулирование, то есть обратное преобразование узкополосного аналогового сигнала в цифровой код. Отметим, что под модуляцией понимается изменение какого-либо параметра сигнала в канале связи (модулируемого сигнала) в соответствии с текущими значениями передаваемых данных (модулирующего сигнала), а под демодуляцией – обратное преобразование модулированного сигнала (возможно, искаженного помехами при прохождении в канале связи) в модулирующий сигнал.

Для телефонной сети модемы являются терминальными устройствами, которые, как и телефоны, выполняют стандартную процедуру вызова абонента, и если у вызываемого абонента к телефонной сети также присоединен модем, то он отвечает на вызов стандартным для телефонной сети способом, в результате чего устанавливается составной канал тональной частоты. Затем модемы используют его для установления соединения уже на логическом уровне, после чего начинают обмениваться данными, представленными в виде модулированных синусоид. В связи с небольшими скоростями передачи данных модемами на канале тональной частоты (обычно не более 100 Кбит/с), такой способ удаленного доступа чаще всего используется индивидуальными пользователями в домашних условиях или условиях работы небольших офисов. Доступ по телефонной сети имеет англоязычное название «dial-up access». При ограничениях в средствах коммутируемые аналоговые линии обеспечивают также связь локальных сетей между собой. Это режим соединения выгоден экономически, если количество передаваемых данных невелико, а данные не требуют частого обновления. Скорость передачи данных в рассматриваемом случае ограничивает не только недостаточная ширина полосы канала тональной частоты, а также и то обстоятельство, что электромеханические коммутаторы телефонных станций создают значительные помехи в коммутируемых каналах. Кроме того, дополнительные помехи создает сам способ коммутации уплотненных каналов на основе частотного мультиплексирования.

Для повышения качества каналов телефонных сетей до уровня, пригодного для высокоскоростной передачи данных, необходим переход от аналоговых телефонных сетей к цифровым, в которых на всех участках сети, начиная от абонентского окончания, данные передаются в дискретной форме. Наиболее развитыми (но не единственными) сетями такого типа являются так называемые сети с интегральными услугами ISDN (Integrated Services Digital Network– цифровые сети с интегральными услугами), в которых не только осуществлен переход к полностью цифровой форме передачи данных, но и значительно расширен набор предоставляемых абонентам сети услуг.

ISDN относятся к сетям, в которых основным режимом коммутации является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются в цифровой форме. Адресация в сети строится по телефонному принципу. Номер ISDN состоит из 15 десятичных цифр и включает в себя код страны, код сети и код местной подсети. Код страны такой же, как в обычной телефонной сети. По коду сети выполняется переход в заданную сеть ISDN. Внутри подсети для адресации используется 35 десятичных цифр, что позволяет детально идентифицировать любое устройство.

Основным достоинством сетей ISDN является то, что они позволяют объединить в единое целое различные виды связи (видео-, аудиопередачу данных). Скорости передачи данных, реализуемые сетью: 64 Кбит/с и 128 Кбит/с, в более дорогих системах до 2 Мбит/с, а в мощных сетях на широкополосных каналах связи до 155 Мбит/с.

Специализированные ISDN-терминалы обеспечивают представление данных пользователю и непосредственное подключение пользователя к интегрированной сети. Пользователь может соединяться с сетью как по цифровым, так и по аналоговым каналам, в последнем случае на входе сети выполняется аналого-цифровое, а на выходе сети цифро-аналоговое преобразование информации.

Внутрисетевой интерфейс базируется на цифровых каналах трех типов:

1) В – основной канал передачи пользовательских данных со скоростью передачи данных 64 Кбит/с;

2) D – канал передачи управляющей (адресной) информации, на основании которой выполняется коммутация каналов со скоростью передачи 16 или 64 Кбит/с (может передавать и пользовательские данные с низкой скоростью);

3) Н – канал высокоскоростной передачи пользовательских данных со скоростями передачи 384, 1536 и 1920 Кбит/с.

На основании этих каналов сеть ISDN поддерживает два типа пользовательских интерфейсов – начальный (Basic Rate Interface, BRI) и основной (Primary Rate Interface, PRI).

Начальный интерфейс BRI предоставляет пользователю два канала по 64 кбит/с для передачи данных (каналы типа В) и один канал с пропускной способностью 16 кбит/с для передачи управляющей информации (канал типа D). Все каналы работают в полнодуплексном режиме. Различные каналы пользовательского интерфейса разделяют один и тот же физический двухпроводной кабель по технологии ТDМ, то есть являются логическими, а не физическими каналами. Данные по интерфейсу BRI передаются кадрами, состоящими из 48 бит. Каждый кадр содержит по два байта каждого из В каналов, а также 4 бита канала D. Интерфейс BRI может поддерживать не только схему 2B + D, но и B+D, а также просто D.

Основной интерфейс PRI предназначен для пользователей с повышенными требованиями к пропускной способности сети. Интерфейс PRI поддерживает либо схему 30B+D (2,048 Мбит/с), либо схему 23B+D (1,544 Мбит/с). В обеих схемах канал D обеспечивает скорость 64 кбит/с.

Каналы типа В могут объединяться в один логический высокоскоростной канал с общей скоростью до 1920 Кбит/с. При установке нескольких интерфейсов PRI все они могут иметь один канал типа D, при этом количество каналов В в интерфейсе, который не имеет канала D, может увеличиваться до 24 или 31.

Основной интерфейс может быть также основан на каналах типа Н. При этом общая пропускная способность интерфейса все равно не должна превышать 2,048 или 1,544 Мбит/с.

Несмотря на значительные отличия от аналоговых телефонных сетей, сети ISDN сегодня используются в основном так же, как аналоговые телефонные сети, то есть как сети с коммутацией каналов, но только более скоростные. Интерфейс BRI дает возможность установить дуплексный режим обмена со скоростью 128 кбит/с (логическое объединение двух каналов типа В), а интерфейс PRI – 2,048 Мбит/с. Кроме того, качество цифровых каналов гораздо выше, чем аналоговых. Это значит, что процент искаженных кадров будет гораздо ниже, а полезная скорость обмена данными существенно выше.

Обычно интерфейс BRI используется в коммуникационном оборудовании для подключения отдельных компьютеров или небольших локальных сетей, а интерфейс PRI – в маршрутизаторах, рассчитанных на сети средних размеров.

В настоящее время сети ISDN не рассматриваются разработчиками сетей передачи данных как эффективное средство для создания магистрали. Основная причина – отсутствие скоростной службы коммутации пакетов и невысокие скорости каналов, предоставляемых конечным пользователям. Для целей же подключения мобильных и домашних пользователей, а также небольших офисов сети ISDN используются относительно часто. Производители коммуникационного оборудования выпускают широкий спектр продуктов для подключения локальных сетей к ISDN – терминальных адаптеров, удаленных мостов и офисных маршрутизаторов невысокой стоимости.

Потребность в технологиях, которые бы обеспечивали достаточную пропускную способность при работе по существующим коммутируемым телефонным линиям общего пользования, привела к разработке нового поколения так называемой каналообразующей аппаратуры – DSL (Digital Subscriber Line – цифровая абонентская линия). Технология DSL объединяет несколько своих подвидов, которые принято относить к семейству xDSL. На сегодняшний день наиболее популярна разновидность технологии DSL под названием ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line – асимметричная цифровая абонентская линия. Особенность технологии ADSL – асимметричность: полоса для передачи данных к пользователю шире, чем частотная полоса, предназначенная для передачи потока данных от пользователя, и соответственно скорость передачи данных от сети к пользователю значительно выше, чем скорость передачи данных от пользователя в сеть. Использование данного принципа в сочетании с режимом постоянного соединения, исключающего необходимость повторного подключения при каждом сеансе, делает эту технологию идеальной для организации межсетевого доступа и доступа в сеть Интернет. Асимметричность соединения оправданна потому, что основной объем трафика формируется входящим потоком, и меньшая пропускная способность исходящего потока не сказывается на эффективности работы сети. ADSL позволяет использовать обычную телефонную пару проводов в качестве скоростного канала передачи данных. Линия ADSL соединяет два ADSL-модема (или ADSL-модем пользователя и ADSL-концентратор провайдера), которые подключены к каждому концу пары проводов телефонного кабеля. Технология ADSL использует метод разделения полосы пропускания медной телефонной линии на несколько частотных полос (так называемых «несущих»). Такое разделение позволяет одновременно передавать несколько сигналов по одной линии. При частотном уплотнении в канале выделяется несколько частотных диапазонов (в простейшем случае три) для входящего и исходящего потоков данных и для обычной телефонной линии. Для обычной телефонной связи выделяется нижняя часть диапазона до 4 кГц, и если модем занят передачей данных – это никак не сказывается на возможности совершать и принимать телефонные вызовы. При этом выход из строя модема или его отключение не оказывают влияния на телефонную связь.

Технология ADSL обеспечивает скорость входящего потока в пределах от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость исходящего – от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с. Максимальное расстояние для передачи потока со скоростью 1,5 Мбит/с по одной витой паре проводов составляет 5,5 км. На расстоянии до 3,5 км с использованием медного провода диаметром не менее 0,5 мм возможна скорость передачи до 8 Мбит/с.

Среди других разновидностей технологий, входящих в семейство xDSL, отметим технологию HDSL (High Bit-Rate Digital Subscriber Line – высокоскоростная цифровая абонентская линия) предусматривает организацию симметричной линии передачи данных, то есть скорости передачи данных от пользователя в сеть и из сети к пользователю равны. Вследствие высокой скорости передачи (1,544 Мбит/с по двум парам проводов и 2,048 Мбит/с по трем парам проводов) телекоммуникационные компании используют технологию HDSL в качестве альтернативы магистральным линиям T1 (1,544 Мбит/с) и Е1 (2,048 Мбит/с). Максимальная дальность передачи информации ограничена 3,5–4,5 км, но она может быть увеличена за счет повторителей сигнала. Недостатком технологии следует считать высокую по сравнению с другими разновидностями xDSL стоимость оборудования и более строгие требования к качеству линий. Тем не менее, технология HDSL с успехом применяется для объединения локальных сетей и соединения цифровых офисных АТС.

Наиболее скоростной в семействе xDSLявляетсяасимметричная технологияVDSL (Very High Bit-Rate Digital Subscriber Line – высокоскоростная цифровая абонентская линия). Скорость входящего потока – от 13 до 50 Мбит/с, исходящего – от 1,5 до 2,3 Мбит/с по одной витой паре. «Цена» столь высоких скоростей – малое расстояние передачи: в зависимости от качества линии оно составляет от 300 до 1300 метров. В связи с тем, что VDSL использует только одну телефонную пару, эта технология может стать альтернативой прокладки «последней мили» волоконно-оптическим кабелем в случае, если узел доступа DSL расположен вблизи от потребителя.

12.2. Технологии глобальных сетевых связей

Современные технологии глобальных вычислительных сетей по сути являются технологиями соединений (связей) удаленных локальных и (или) региональных сетей между собой. Глобальные сетевые связи в большинстве случаев относятся к соединениям типа «точка–точка». Для глобальных сетевых связей достаточно часто используются рассмотренные в предыдущем разделе аналоговые телефонные линии связи, технологии ISDN и DSL. Однако для соединения удаленных сетей предложены и применяются на практике более высокоскоростные и эффективные технологии глобальных сетевых связей, которые рассматриваются далее.

Технология выделенных линий используетдля удаленных сетевых связей каналы передачи данных, постоянно соединяющие двух абонентов с фиксированной полосой пропускания или фиксированной пропускной способностью. Абонентами могут быть как отдельные компьютеры, так и сети. Выделенные линии либо арендуются у компаний – операторов территориальных сетей, и тогда они называются «арендуемыми», либо специально прокладываются крупными корпорациями для своих информационных целей, и тогда они обычно называются «частными» выделенными линиями (или каналами).

Выделенные линии связи подразделяются на аналоговые и цифровые. К настоящему времени чаще всего применяются цифровые линии связи. В США наиболее популярны выделенные линии типа T1 со скоростью передачи 1,54 Мбит/с. Европейский эквивалент линий T1 называется E1 и работает на скорости 2,048 Мбит/с. Для приложений, требующих большей полосы пропускания, используются линии T3 со скоростью 44,736 Мбит/с и E3 со скоростью 34,368 Мбит/с. Линия T1 состоит из 24 каналов со скоростью 64 Кбит/с, которые могут использоваться как вместе, так и раздельно. Соединение T3 состоит из 672 таких каналов.

В недалеком прошлом широкое распространение имела технология Х.25. Одной из главнейших особенностей сетей Х.25 является использование для организации вызова и непосредственной передачи данных между абонентами сети виртуальных каналов. Информационный обмен в сети Х.25 во многом похож на аналогичный процесс в сетях ISDN и состоит из трех обязательных фаз: установление вызова (виртуального канала), информационный обмен по виртуальному каналу, разрыв вызова (виртуального канала).

Базовая технология Х.25 не имеет развитых протоколов прикладного уровня и предоставляет пользователям в основном транспортные услуги передачи данных. На канальном уровне используется протокол LAP-B, осуществляющий передачу данных в виде кадров переменной длины. LAP-B описывает взаимодействие соседних узлов как процедуру с установлением соединения и подтверждением. При этом решаются задачи обеспечение передачи сообщений, содержащих любое количество битов и любые возможные комбинации битов (требование кодовой прозрачности); выполнения при передаче данных процедур, обнаруживающих ошибки на приемной стороне; защиты от потерь или искажения компонентов сообщения при возникновении ошибки в передаваемой информации; поддержки работы как двухточечных, так и многоточечных физических цепей; поддержки работы дуплексных и полудуплексных линий связи; обеспечения информационного обмена при значительных вариациях времени распространения сигнала.

Сеть Х.25 использует коммутацию пакетов и хорошо работает на ненадежных линиях связи благодаря использованию протоколов подтверждения установления соединений и коррекции ошибок на канальном и сетевом уровнях.

Достоинствами сети Х.25 являются гарантированная доставка пакетов, высокая надежность сети ввиду постоянного эффективного контроля за появлением ошибок и наличия механизма альтернативной маршрутизации, возможность работы как по аналоговым, так и по цифровым выде­ленным или коммутируемым каналам, возможность разделения в режиме реального времени одного физического канала доступа между несколькими абонентами.

К недостаткам сети Х.25 следует отнести невысокую скорость передачи данных (которая обычно лежит в пределах от 56 до 64 Кбит/с и обусловлена развитыми механизмами контроля достоверности информации), а также невозможность передачи чувствительного к временным задержкам трафика (оцифрованного голоса, видеоинформации), что обусловлено необходимостью частой повторной передачи искаженных кадров в каналах связи плохого качества (вследствие чего в сети возникают непредвиденные задержки передачи).

Технология FR (Frame Relay – ретрансляция кадров)ориентирована на использование в сетях с коммутацией пакетов. Сама технология охватывает только физический и канальный уровни. Сетью Frame Relay принято считать любую сеть, использующую на нижних двух уровнях управления одноименную технологию. Основное отличие Frame Relay от Х.25 заключается в механизме обеспечения достоверности информации. Сеть Х.25 разрабатывалась с учетом плохих аналоговых каналов связи, имевшихся в то время, и поэтому в ней приняты весьма трудоемкие меры по обеспечению достоверности, требующие для своей реализации больших временных затрат. Именно поэтому сеть Х.25 является сетью с гарантированной доставкой информации. Технология FR разрабатывалась с учетом уже достигнутых в телекоммуникациях высоких скоростей передачи данных и низкого уровня ошибок в современных сетях. Таким образом, сеть Frame Relay ориентирована на хорошие цифровые каналы передачи информации и в ней отсутствуют проверка выполнения соединения между узлами и контроль достоверности информации (контроль за появлением ошибок) на канальном уровне, а именно на этом уровне в FR выполняется мультиплексирование потока данных в кадры. При обнаружении ошибки повторная передача кадра не производится, а искаженный кадр просто выбрасывается. Таким образом, в сети Frame Relay обеспечивается гарантированная согласованная скорость передачи информации. Скорость передачи может быть весьма большой: в диапазоне от 56 Кбит/с до 44 Мбит/с, но без гарантии достоверности доставки.

Так же как и в сети Х.25, основу Frame Relay составляют виртуальные каналы, представляющие собой логическое соединение. В технологии Frame Relay используются протоколы только на физическом и ка­нальном уровнях. Протокол канального уровня в Frame Relay описывает взаимодействие соседних узлов либо как процедуру без установления соединения, либо как процедуру с установлением соединения без подтверждения. На остальных уровнях могут использоваться протоколы любых сетей с коммута­цией пакетов. В частности, с технологией Frame Relay хорошо согласуются интер­нетовские протоколы TCP/IP.

Технология Frame Relay имеет в корпоративных и региональных сетях весьма широкое применение, примерно такое же, какое в локальных сетях имеет техно­логия Ethernet. У них много общего: та и другая технология предоставляет для сетей только быстрые базовые транспортные услуги доставки дейтаграмм (кадров, пакетов) без гарантии достоверности доставки; отбрасывает дейтаграммы, содержащие ошибки (без попыток их восстановления). Надежность работы всех компонентов сети очень высока: имеются средства внутренней эффективной диагностики состояния компонентов (неработоспособные компоненты сразу блокируются, и поток кадров идет в обход их). На магистральных каналах сети обычно используются волоконно-оптические кабели, а на каналах удаленного доступа (на «последней миле») может использоваться витая пара. По сетям Frame Relay возможна передача видео- и голосовой информации, так как при использовании хороших каналов связи задержки передачи возникают крайне редко (и они минимальны).

Достоинствами технологии Frame Relay являются гарантированное качество обслуживания (гарантированная согласованная скорость передачи данных), высокая надежность функционирования сети, возможность передавать чувствительный к временным задержкам трафик (оцифрованный голос, видеоинформацию), простые и достаточно дешевые средства управления.

К недостаткам технологии Frame Relay следует отнести необходимость использования качественных дорогостоящих каналов связи, относительно высокую вероятность потери кадров в процессе передачи, возможную перегрузка отдельных узлов сети ввиду отсутствия эффективного повсеместного контроля за трафиком.

Технология синхронной цифровой иерархииSDH (Synchronous Digital Hierarchy) разработана для создания надежных транспортных сетей, позволяющих гибко формировать цифровые каналы широкого диапазона скоростей – от единиц мегабит до десятков гигабит в секунду. Основная область применения технологии SDH – первичные сети операторов связи, но иногда такие сети строят и крупные предприятия и организации, имеющие разветвленную структуру подразделений и филиалов, покрывающих большую территорию.

Каналы SDH относятся к классу полупостоянных – формирование канала происходит по инициативе оператора сети SDH, пользователи же лишены такой возможности, поэтому каналы SDH обычно применяются для передачи достаточно устойчивых во времени потоков. Сети SDH относятся к классу сетей с коммутацией каналов, использующих синхронное мультиплексирование с разделением времени TDM, при котором информация от отдельных абонентов адресуется относительным временным положением внутри составного кадра, а не явным адресом, как это происходит в сетях с коммутацией пакетов. Достоинством сети SDH является обеспечение гибкой схемы мультиплексирования потоков данных разных скоростей, позволяющих вставлять и извлекать пользовательскую информацию любого уровня скорости, не демультиплексируя весь поток. К достоинствам сети SDH также относятся обеспечение высокой отказоустойчивости сети, поддержка операций контроля и управления на уровне протокола сети, синхронизация кадров в случае небольшого отклонения частот двух сопрягаемых сетей.

Стандарт физического уровня SONET (Synchronous Optical Network – cинхронные оптические сети) позволяет создавать синхронные телекоммуникационные сети на основе волоконно-оптических кабелей. Этот стандарт был принят Международным телекоммуникационным союзом под именем выше рассмотренной технологии SDH. Таким образом аппаратура и сети SDH и SONET являются совместимыми. SDH/SONET позиционируются в качестве эффективной замены линий связи типов T и E. Технологии SDH/SONET поддерживают определенную иерархию скоростей передачи данных, то есть обеспечивают передачу данных на нескольких скоростных уровнях (от 51,8 Мбит/с до 39,8 Гбит/с).

Сети на основе SDH/SONET добились прочного положения в телекоммуникационном мире. На сегодняшний день они составляют фундамент практически всех крупных сетей – региональных, национальных и международных. Укрепляет это положение и то, что технология SDH может легко интегрироваться с технологией DWDM, обеспечивающей передачу информации по оптическим магистралям с ещё более высокими скоростями – сотни гигабит в секунду и выше – за счет мультиплексирования с разделением по длине волны. В магистральных сетях с ядром DWDM сети на основе SDH/SONET играют роль сетей доступа.

Недостатком технологии SDH является ее неспособность динамически перераспределять пропускную способность между абонентами сети (это свойство обеспечивается пакетными сетями). Значимость этого недостатка возрастает по мере увеличения доли и ценности компьютерного трафика по сравнению с голосовым трафиком.

Технология ATM (Asynchronous Transfer Mode – режим асинхронной передачи) – это одна из самых перспективных технологий построения высокоскоростных сетей любого класса – от локальных до глобальных. Термин «асинхронный» в названии технологии указывает на ее отличие от синхронных технологий с фиксированным распределением пропускной способности канала между информационными потоками (например, ISDN).

В основе транспортного механизма ATM лежит технология широкополосной ISDN (Broadband ISDN – B-ISDN), призванная обеспечить возможность создания единой универсальной высокоскоростной сети взамен множества сложных неоднородных существующих сетей. Технология ATM используется в сетях любого класса для передачи любых видов трафика: как низко- и среднескоростного (факсы, почта, данные), так и высокоскоростного в реальном масштабе времени (голос, видео).

Основными компонентами сети ATM являются ATM-коммутаторы, представляющие собой быстродействующие специализи­рованные устройства. Передача информации в сетях ATM происходит после предварительного установления соединений, выполняемого коммутаторами. Коммутаторы создают широкополосный физический канал, в котором динамически можно формировать более узкополосные виртуальные каналы (подканалы). По каналу передаются не кадры или пакеты, а ячейки (cells). Ячейки представляют собой очень короткие последовательности байтов – размер ячейки составляет 53 байт, включая заголовок из 5 байт. Размер ячейки выбран в результате компромисса между требованиями, предъявляемыми компьютерными сетями – больший размер ячейки, и требованиями голосового трафика – меньший размер ячейки. Время заполнения квантами голосового сигнала ячейки длиной 48 байт составляет примерно 6 мс, что является пределом временной задержки, заметно не искажающей голосовой трафик.

Для передачи данных в сети ATM организуется виртуальное соединение. Виртуальное соединение определяется уникальным сочетанием идентификатора виртуального пути и идентификатора виртуального канала. Виртуальный канал представляет собой фрагмент логического соединения, по которому производится передача данных одного пользовательского процесса. Виртуальный путь представляет собой группу виртуальных каналов, которые в пределах данного интерфейса имеют одинаковое направление передачи данных. Коммутатор ATM состоит из коммутатора виртуальных путей и коммутатора виртуальных каналов.

Рассмотренная особенность организации ATM обеспечивает дополнительное увеличение скорости обработки ячеек. ATM-коммутатор анализирует значения, которые имеют идентификаторы виртуального пути и виртуального канала у ячеек, поступающих на его входной порт, и направляет эти ячейки на один из выходных портов. Для определения номера выходного порта коммутатор использует динамически создаваемую таблицу коммутации. ATM-коммутаторы аппаратно реализуют функцию коммутации ячеек ATM между несколькими своими портами.

Технология ATM совмещает в себе подходы двух технологий – коммутации пакетов и коммутации каналов. От первых заимствована передача адресуемых пакетов, от вторых – минимизация задержек в сети ввиду малых размеров пакетов (ячеек).

В технологиях синхронной передачи, предшествовавших ISDN, было невозможно перераспределять пропускную способность канала между подканалами – в период простоя подканала общий канал все равно вынужден был передавать нулевые байты, так как синхронная система не позволяла нарушать последовательности передаваемых данных. В случае передачи пакетов с индивидуальными адресами, как это принято в компьютерных сетях, последовательность передачи пакетов не важна. На этом принципе и была построена система асинхронной передачи по ATM-технологии. В ней можно по подканалам передавать ячейки в любой последовательности, а поскольку размер ячеек очень мал, достигается гибкость перераспределения нагрузки между подканалами и значительно увеличивается пропускная способность системы. Ячейки собираются у получателя и объединяются в сообщение – так же, как это делается в компьютерных сетях. Скорость передачи увеличивается и из-за того, что в процессе передачи ячеек их маршрутизация не производится (так как высокоскоростные коммутаторы ATM предварительно выполняют формирование канала).

Скорость передачи данных по каналам ATM лежит в пределах от 155 до 2200 Мбит/с. При скорости 155 Мбит/с время передачи ячейки длиной 53 байт составляет менее 3 мкс.

ATM-технология рассчитана на работу с трафиками разного типа. Тип трафика характеризуется наличием или отсутствием пульсаций во времени, требованием синхронизации данных между передающей и принимающей сторонами, типом передающего протокола (с установлением или без установления предварительного соединения).

Резюме

Удаленный доступ к сети, включающий различные типы и варианты подсоединения одиночных компьютеров или малых локальных сетей к территориально отдаленным крупным сетям или высокопроизводительным серверам, характеризуется несимметричностью взаимодействия.

Наиболее простым и пока самым распространенным способом удаленного доступа является использование для этого существующей инфраструктуры аналоговых телефонных сетей, работающих на основе техники коммутации каналов. Для передачи данных по аналоговым телефонным каналам используются модулирующие-демодулирующие устройства – модемы.

Повысить качество передачи данных по каналам телефонных сетей до уровня, пригодного для высокоскоростной передачи данных, позволяет переход от аналоговых телефонных сетей к цифровым, в которых на всех участках сети данные передаются в дискретной форме. Наиболее развитыми сетями такого типа являются так называемые сети с интегральными услугами ISDN. Основным достоинством сетей ISDN является то, что они позволяют объединить в единое целое различные виды связи. В сетях ISDN реализуются скорости передачи данных от 64 Кбит/с до 155 Мбит/с.

Новая каналообразующая технология DSL обеспечивает относительно высокие скорости передачи данных при работе по существующим коммутируемым телефонным линиям общего пользования. Популярной разновидностью этой технологии в настоящее время является асимметричная технология ADSL, которая обеспечивает скорость входящего потока от 1,5 Мбит/с до 8 Мбит/с и скорость исходящего потока – от 640 Кбит/с до 1,5 Мбит/с. Технология HDSL предусматривает организацию симметричной линии передачи данных. Наиболее скоростной является асимметричная технология VDSL, обеспечивающая скорость входящего потока – от 13 до 50 Мбит/с, исходящего – от 1,5 до 2,3 Мбит/с.

Современные технологии глобальных вычислительных сетей по сути являются технологиями соединений (связей) удаленных локальных и (или) региональных сетей между собой. Глобальные сетевые связи в большинстве случаев относятся к соединениям типа «точка–точка».

Достоинствами технологии глобальных сетевых связей Х.25 являются гарантированная доставка пакетов, высокая надежность сети ввиду постоянного эффективного контроля за появлением ошибок и наличия механизма альтернативной маршрутизации, возможность работы как по аналоговым, так и по цифровым выде­ленным или коммутируемым каналам, возможность разделения в режиме реального времени одного физического канала доступа между несколькими абонентами. Недостатки Х.25 – относительно невысокие скорости передачи данных, невозможность передачи чувствительного к временным задержкам трафика.

Технология Frame Relay работает в сетях с качественными цифровыми каналами передачи информации и использует технику коммутации пакетов. В этой технологии отсутствуют проверка выполнения соединения между узлами и контроль достоверности информации на канальном уровне. Достоинствами технологии Frame Relay являются гарантированная согласованная скорость передачи данных, высокая надежность функционирования сети, возможность передавать чувствительный к временным задержкам трафик.

Технология синхронной цифровой иерархии SDH разработана для создания надежных транспортных сетей, позволяющих гибко формировать цифровые каналы широкого диапазона скоростей – от единиц мегабит до десятков гигабит в секунду. Стандарт физического уровня SONET позволяет создавать синхронные телекоммуникационные сети на основе волоконно-оптических кабелей.

Технология ATM является одной из самых перспективных технологий построения высокоскоростных сетей любого класса – от локальных до глобальных. Технология ATM совмещает в себе подходы двух технологий – коммутации пакетов и коммутации каналов. От первых заимствована передача адресуемых пакетов, от вторых – минимизация задержек в сети ввиду малых размеров передаваемых пакетов (ячеек).

Контрольные вопросы и задания

13. Опишите особенности способа удаленного доступа на основе использования инфраструктуры аналоговых телефонных сетей.

14. Какие функции выполняют модемы при передаче данных по аналоговым телефонным сетям?

15. В чем заключаются основные недостатки организации удаленного доступа по обычным телефонным сетям?

16. Охарактеризуйте цифровые сети, функционирующие на основе технологии ISDN.

17. Представьте базовые типы внутрисетевых цифровых канал, используемых при реализации технологии ISDN.

18. Какие цели преследует разработка технологии DSL?

19. Дайте описание основных подвидов семейства технологий DSL.

20. Какими параметрами передачи данных характеризуется наиболее популярная технология ADSL?

21. Дайте описание сетей X.25, их основных компонентов и особенностей информационного обмена в этих сетях.

22. Перечислите достоинства и недостатки технологии X.25.

23. Опишите особенности реализации и практического применения технологии Frame Relay.

24. Охарактеризуйте современную степень распространения технологии Frame Relay, ее достоинства и недостатки.

25. Дайте описание технологии синхронной цифровой иерархии SDH.

26. Представьте характерные черты технологии ATM и основные компоненты сети на ее базе.

27. Какие функции выполняют коммутаторы ATM?

28. Что представляют собой так называемые «ячейки» в технологии ATM?

29. Каковы скорости передачи данных по каналам ATM?