Лекция 5. Транспортные услуги и технологии глобальных сетей. Принципы построения сети X.25

Глобальная компьютерная сеть, ГКС (Wide Area Network, WAN) — компьютерная сеть, охватывающая большие территории и включающая в себя большое число компьютеров. Некоторые ГКС построены исключительно для частных организаций, другие являются средством коммуникации корпоративных ЛВС с сетью Интернет или посредством Интернет с удалёнными сетями, входящими в состав корпоративных. Чаще всего ГКС опирается на выделенные линии, на одном конце которых маршрутизатор подключается к ЛВС, а на другом коммутатор связывается с остальными частями ГКС. Основными используемыми протоколами являются TCP/IP, SONET/SDH, MPLS, ATM и Frame relay. Ранее был широко распространён протокол X.25, который может по праву считаться прародителем Frame relay.

Глобальные сети отличаются от локальных тем, что рассчитаны на неограниченное число абонентов и используют, как правило, не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи, а механизм управления обменом, у них в принципе не может быть гарантировано скорым.

В глобальных сетях намного более важно не качество связи, а сам факт ее существования. Правда, в настоящий момент уже нельзя провести четкий и однозначный предел между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеют выход в глобальную сеть, но характер переданной информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфику локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, поделенным пользователями локальной сети.

Глобальные сети эффективны только в том случае, если они работают с разумной скоростью. Хотя волоконно-оптические линии могут обеспечить скорость передачи от 10 Мбит/сек до 100 Мбит/сек и более, в настоящее время они ограничиваются средними расстояниями. Телефонные линии и высокоскоростные линии связи обеспечивают передачу данных на дальние расстояния, но их скорость передачи не такая высокая. Связь одной локальной сети с другой требует пропускной способности от 56 Кбит/сек до 1.544 Мбит/сек.

Сегодня существует единственная мировая глобальная компьютерная сеть – Интернет.

Выделенные каналы для построения частной сети. В течение довольно длительного начального периода своего существования (до интернет-революции, то есть до начала 90-х годов) корпоративные компьютерные сети представляли собой частные сети. Это значит, что сеть предприятия была полностью или почти полностью изолирована от сетей других предприятий, при этом все локальные сети предприятия, расположенные в разных городах, соединялись физическими каналами только между собой. Такие физические каналы либо принадлежали самому предприятию, либо брались в аренду у операторов связи и назывались выделенными, или арендуемыми, каналами. Первое название подчеркивает тот факт, что канал постоянно коммутируется так, что вся его фиксированная пропускная способность выделяется клиенту. В начальный период создания глобальных компьютерных сетей, выделенные линии представляли собой постоянно скоммутированные аналоговые телефонные соединения. По мере роста популярности компьютерных сетей услуги выделенных каналов стали более востребованными, и такой сервис стали предоставлять в более широком масштабе на основе новых технологий первичных сетей: PDH, SDH, OTN и DWDM.

Сервис виртуальных частных сетей (Virtual Private Network, VPN) появился как более экономичная альтернатива сервису выделенных каналов. Каналы виртуальной частной сети, так же как и выделенные каналы, соединяют отдельные сети клиента этой услуги в единую изолированную сеть. Однако в отличие от выделенных каналов, которые строятся с помощью техники коммутации каналов и поэтому обладают фиксированной пропускной способностью, реально выделенной данному клиенту, каналы виртуальной частной сети проложены внутри сети с коммутацией пакетов, такой как IP, Frame Relay или Ethernet.

Так как каналы виртуальной частной сети являются соединениями в публичной сети с коммутацией пакетов, то они разделяют пропускную способность этой сети с большим количеством соединений других ее пользователей. Следствием этого факта являются достоинства и недостатки сервиса VPN. Достоинством для провайдера является то, что с помощью сети с коммутацией пакетов он может обслужить большее число клиентов, это вытекает из самой природы сети с ее статическим мультиплексированием трафика клиентов. Для потребителей данной услуги преимуществом является более низкая ее стоимость, чем в случае услуги выделенных каналов, так как себестоимость услуг сетей с коммутацией пакетов обычно существенно ниже, чем сетей с коммутацией каналов при равной скорости соединений. Другим преимуществом является доступность услуги: многие провайдеры услуг Интернета предоставляют также и услуги VPN.

Многослойная сеть оператора связи. Для предоставления всех типов услуг оператор связи должен иметь многослойную сеть. Каждый слой такой сети может выполнять две функции: предоставление услуг конечным пользователям; поддержка функций вышележащих уровней сети оператора.

Обобщенная структура слоев типичной сети оператора связи, который также играет роль поставщика услуг Интернета, показана на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Многослойная структура сети оператора связи/поставщика услуг Интернета

Представленная на рисунке 5.1 иерархия уровней соответствует модели OSI, если принять во внимание два обстоятельства: мы рассматриваем транспортные технологии глобальных сетей, поэтому наш интерес заканчивается слоем протокола IР, то есть сетевым уровнем, который является высшим обязательным уровнем протоколов транспортной подсистемы; физический уровень модели OSI в сетях операторов связи представлен несколькими слоями, соответствующими технологиям первичных сетей.

Особенностью глобальных сетей является структура физического уровня: он гораздо сложнее, чем физический уровень локальных сетей, где на этом уровне используются только кабели. В глобальных сетях для создания канала между двумя коммутаторами или маршрутизаторами, как правило, применяются устройства первичных сетей, такие как мультиплексоры или кросс-коннекторы сетей PDH, SDH, OTN или DWDM.

Услуги и технологии пакетных уровней. Транспортная система сетей операторов связи включает два уровня технологий, которые относятся к канальному и сетевому уровням модели OSI. На сетевом уровне сегодня применяется лишь протокол IP, все остальные (такие как IPX или DECnet) благодаря успехам Интернета сошли со сцены. IP является обязательным протоколом, так как он нужен оператору связи как для предоставления доступа в Интернет своим клиентам, так и для взаимодействия с сетями других операторов связи/поставщиков услуг.

Более сложная ситуация наблюдается на канальном уровне. Как видно из рисунка 5.1, здесь могут использоваться разные технологии (на рисунке они объединены в два прямоугольника разной высоты, что символизирует свойства двух групп технологий канального уровня). Первая группа технологий, в которую входят технологии ATM, Frame Relay, MPLS и Carrier Ethernet, отличается тем, что с их помощью можно построить сеть, выполняющую коммутацию пакетов (кадров, ячеек – термины могут быть разными, но суть в том, что эти технологии подразумевают наличие коммутаторов, способных продвигать данные на основе адресной информации той или иной технологии).

Главной особенностью технологий второй группы, в которую входят протоколы HDLC и РРР, является то, что эти технологии предназначены для работы на двухточечных соединениях. Это означает, что они могут передавать данные только между двумя непосредственно соединенными интерфейсами, но не далее. Протоколы первой группы могут служить как для внутренних целей, обеспечивая IP-маршрутизаторы своими соединениями, так и для предоставления услуг пользователям.

Сетевой протокол X.25 предназначен для передачи данных между компьютерами по телефонным сетям. Сети Х.25 разработаны для линий низкого качества с высоким уровнем помех (для аналоговых телефонных линий) и обеспечивают передачу данных со скоростью до 64 Кбит/с. Х.25 хорошо работает на линиях связи низкого качества благодаря применению протоколов подтверждения установления соединений и коррекции ошибок на канальном и сетевом уровнях.

Стандарт Х.25 определяет интерфейс "пользователь – сеть" в сетях передачи данных общего пользования или “интерфейс между оконечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в сетях передачи данных общего пользования”. Другими словами Х.25 определяет двухточечный интерфейс (выделенную линию) между пакетным терминальным оборудованием DTE и оконечным оборудованием передачи данных DCE.

На рисунке 5.2 представлена структурная схема сети X.25, где изображены основные элементы:

– DTE (data terminal equipment) – аппаратура передачи данных (кассовые аппараты, банкоматов, терминалы бронирования билетов, ПК, т. е. конечное оборудование пользователей);

– DCE (data circuit-terminating equipment) – оконечное оборудование канала передачи данных (телекоммуникационное оборудование, обеспечивающее доступ к сети);

– PSE (packet switching exchange) – коммутаторы пакетов.

Рисунок 5.2 – Структурная схема сети X.25

Интерфейс Х.25 обеспечивает:

- доступ удаленному пользователю к главному компьютеру;

- доступ удаленному ПК к локальной сети;

- связь удаленной сети с другой удаленной сетью.

Интерфейс Х.25 содержит три нижних уровня модели OSI: физический, канальный и сетевой. Особенностью этой сети является использование коммутируемых виртуальных каналов для осуществления передачи данных между компонентами сети. Установление коммутируемого виртуального канала выполняется служебными протоколами, выполняющими роль протокола сигнализации.

Физический уровень. На физическом уровне Х.25 используются аналоговые выделенные линии, которые обеспечивают двухточечное соединение. Могут использоваться аналоговые телефонные линии, а также цифровые выделенные линии. На сетевом уровне нет контроля достоверности и управления потоком. На физическом уровне Х.25 реализуется один из протоколов X.21 или X.21bis.

Канальный уровень. На канальном уровне сеть Х.25 обеспечивает гарантированную доставку, целостность данных и контроль потока. На канальном уровне поток данных структурируется на кадры. Контроль ошибок производится во всех узлах сети. При обнаружении ошибки выполняется повторная передача данных. Канальный уровень реализуется протоколом LAP-B, который работает только с двухточечными каналами связи, поэтому адресация не требуется.

Сетевой уровень. Сетевой уровень Х.25 реализуется протоколом уровня пакета(Packet-Layer Protocol, PLP). На сетевом уровне кадры объединяются в один поток, а общий поток разбивается на пакеты. Протокол PLP управляет обменом пакетов через виртуальные цепи. Сеанс связи устанавливается между двумя устройствами DTE по запросу от одного из них. После установления коммутируемой виртуальной цепи эти устройства могут вести полнодуплексный обмен информации.

Основная литература: 2 [661 – 666, 747 – 759], 5[42 – 44]

Дополнительная литература: 7[87 – 88]

Контрольные вопросы:

1. Что представляет собой глобальная компьютерная сеть?

2. Какие технологии относятся к глобальным компьютерным сетям?

3. Как организуется многослойная сеть оператора связи?

4. Что такое выделенные каналы?

5. Какие уровня модели OSI содержит интерфейс Х.25?