Восстановление посредством REJ

При приеме кадров те из них, в которых обнаружены ошибки (анализом FCS), стираются. Таким образом возникает нарушение порядковых номеров принимаемых кадров (см. рис.4.34.). Для контроля за номерами используется переменная V(R). Номер N(S) кадра I сравнивается с V(R). При N(S)=V(R) переменной V(R) присваивается V(R) := V(R)+1, т.е. номер следующего ожидаемого кадра.

Стирание из-за ошибки приводит к N(S) ¹ V(R). Станция переходит в режим восстановления посредством REJ. Производятся следующие действия:

1) Принятый кадр с N(S) ¹ V(R) стирается.

2) Передается кадр REJ с номером N(R) = V(R).

3) Ожидается кадр I с номером N(S) = V(R). На время ожидания все принятые кадры с N(S) ¹ V(R) стираются.

Станция, принявшая REJ:

1) Прерывает передачу I-кадра, если она ее вела.

2) Начинает выдачу всех I-кадров, начиная с номера N(S) = N(R) в принятом кадре REJ.

Использование REJ приводит таким образом к групповому переспросу всех кадров, начиная с неправильно принятого.

ВЫСОКОСКОРОСТНЫЕ ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ

Каналы T1/E1

Выделенные каналы T1/E1 стали в последние годы очень популярны в качестве средства для подключения корпоративных сетей и серверов к сети Internet. Это объясняется высокими скоростями данных каналов: 1,544 Мбит/с в канале Т1 и 2,048 Мбит/с – для Е1.

Линии Т1 — это дуплексные цифровые каналы, которые были первоначально разработаны для передачи вызовов между телефонными станциями. Физически связь осуществляется по двум парам телефонного витого провода (одна пара– в одну сторону, вторая – в обратную).

AMI

В канале применяется биполярное кодирование (bipolar encoding). Этот метод имеет и другое название – альтернативное инвертирование логических единиц — Alternate Mark Inversion (AMI). Отсутствие напряжения в линии соответствует нулю, а для представления единиц используются по очереди положительные и отрицательные импульсы. Пример такого кодирования в сравнении со стандартным представлением (в виде кода NRZ) приведен на рисунке 5.1.

Синхронизация.

Длинная последовательность логических нулей может привести к потере синхронизации у приемника. Для борьбы с этим применяется метод биполярной замены 8 нулей – Bipolar 8 Zero Substitution (B8ZS).

Каждая обнаруженная передатчиком группа из 8 нулей заменяется им на некоторое «бессмысленное слово». При приеме из канала выполняется обратное преобразование. Для выделения этой заменяющей комбинации (как признак для начала ее распознавания) используется последовательная передача без инвертирования двух положительных единиц (что недопустимо в обычной последовательности кода AMI). На рисунке 5.2 представлен пример такой заменяющей комбинации.

Рис.5.2.

Кадровая синхронизация.

Канал Е1 состоит из 24 отдельных каналов по 64 Кбит/с в каждом. Применяется разбиение передаваемой информации на кадры. Наибольшее распространение получили методы D4 и ESF (кроме того в линиях Е3 часто используется алгоритм M13).

Алгоритм D4.

Кадр содержит 1 бит синхронизации и 24 байта данных (см. рис.5.3). Таким образом общая длина кадра составляет 193 бита.

Рис.5.3.

Алгоритм ESF.

Алгоритм формирования суперкадров ESF (Extended SuperFrame) отличается тем, что размер суперкадра был увеличен с 12 до 24 кадров. В таком суперкадре из 24 служебных бит только 6 используются для целей синхронизации. Из оставшихся 18 бит — 6 служат для коррекции ошибок и 12 – для текущего контроля за состоянием линии.

Алгоритм М13.

Предназначен для каналов T3 (44,476 Мбит/с). Кадр содержит 4760 бит. Из них 56 бит используются для выравнивания кадра (кадровой синхронизации), коррекции ошибок и отслеживания состояния линии.

Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ).

Каналы Т1 первоначально предназначались для передачи телефонных разговоров, но по цифровой линии.

По обычному телефону сигнал передается как аналоговый в диапазоне частот от 300 до 3400 гц. Для перевода аналогового сигнала в цифровую форму применяется импульсно-кодовая модуляция (ИКМ) — Pulse Code Modulation (PCM). Для этой цели вводится блок АЦП, который переводит амплитуду аналогового сигнала в цифровой отсчет из 8 бит. Частота снятия таких отсчетов была выбрана с учетом теоремы Найквиста (Nyquist). В соответствии с этой теоремой для адекватного преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую частота дискретизации должна в 2 раза превышать частоту дискретизируемого сигнала. Применительно к телефонным каналам была выбрана частота 8000 опросов в секунду. Таким образом цифровая линия должна обладать пропускной способностью 8 х 8000 = 64 Кбит/с.

Мультиплексирование.

В линии Т1 собираются вместе 24 таких цифровых каналов по 64 Кбит/с. В итоге общая пропускная способность составляет 1,544 Мбит/с. Для объединения применяется временное мультиплексирование каналов — Time Division Multiplexing (TDM). Вся доступная полоса частот делится на элементарные временные интервалы по 125 мкс. Устройство монополизирует всю полосу частот на период такого элементарного интервала.

Благодаря мультиплексированию по линии Т1 можно передавать одновременно звуковые сигналы, цифровые данные и видеосигналы. В случае необходимости вся доступная пропускная способность 1,544 Мбит/с может быть монополизирована одним потоком данных.

Структура системы.

Рис.5.4.

Дробные линии Т1.

Пользователь может арендовать только часть канала Т1. При этом ему предоставляется возможность оплатить любое количество (от 1 до 24) каналов DS0 (Digital Sygnal 0) по 64 Кбит/с.

Номенклатура каналов Т1.

ANSI (American National Standards Institute) разработал следующую классификацию:

Каналы E1.

В Европе ITU (International Telecommunication Union) – Международный союз по электросвязи – предложил несколько другую классификацию таких цифровых каналов. Основой является канал E1, содержащий 30 каналов DS0 (по 64 Кбит/с) и дополнительно 1 канал для синхронизации и 1 канал для передачи служебной информации. Пропускная способность канала Е1 составляет 2,048 Мбит/с.

Среда передачи.

Для организации каналов типа Т1 могут использоваться различные среды. Например:

· две пары витых проводников — позволяют организовать канал Т1;

· в коаксиальном кабеле могут быть организованы 4 канала Т1;

· сверхвысокочастотный кабель позволяет разместить 8 линий Т1;

· оптоволоконный кабель может содержать до 24 линий Т1.

Стандарт SONET.

Для более высоких скоростей передачи используют линии по стандарту ANSI, получившему название SONET (Synchronous Optical Network). Это оптоволоконные линии со скоростями в диапазоне от 51,84 Мбит/с до 2,48 Гбит/с (содержит 32256 каналов DS0).

Версия ITU для таких высокоскоростных линий известна под названием SDH (Synchronous Digital Hierarchy). Здесь в качестве стандартной используется скорость 155,52 Мбит/с.

Сети ISDN

Цифровые сети интегрального обслуживания ISDN (Integrated Services Digital Network) находят широкое применение в качестве альтернативы подключения посредством каналов Т1/Е1. Разница заключается в основном в способе оплаты. За полный (или часть) канала Т1 взымается фиксированная (достаточно высокая) абонентская плата. В сетях же ISDN оплата взымается только за время подключения.

Технология ISDN позволяет одновременно передавать голосовые и цифровые данные, обеспечивает высокоскоростное подключение к глобальным сетям. Разработана была эта технология для того, чтобы обеспечить интегральные потребности небольшого офиса.

Аналогично каналам Т1 эта технология базируется на использовании цифрового канала 64 Кбит/с. Аналоговые (голосовые) данные предварительно дискретизируются (производится семплирование – sampling) 8000 раз в секунду. Каждый отсчет представляет собой 8 бит информации. То есть используется ИКМ.

В-канал.

Основным компонентом любой линии ISDN является однонаправленный В-канал с пропускной способностью 64 Кбит/с. По нему могут передаваться оцифрованные аудио- или видеоданные или собственно цифровые данные.

Далее эти В-каналы группируются по 2, 23 и более каналов. С целью управления передачей в состав такой группы включается D-канал.

D-канал.

Используется для передачи служебной информации. Это, например, сигналы установления и разрыва соединения. Вся же полоса B-канала предназначается только для передачи полезной информации.

Имеются две стандартные для ISDN конфигурации каналов: BRI и PRI/

Интерфейс BRI.

Это логическое объединение двух В-каналов по 64 Кбит/с и одного D-канала с пропускной способностью 16 Кбит/с. BRI (Basic Rate Interface) – интерфейс передачи с номинальной скоростью.

Интерфейс BRI является конфигурацией оптимальной для удаленных пользователей и небольших офисов. Общая его пропускная способность – 128 Кбит/с, а D-канал используется только для передачи служебной информации. BRI позволяет подключить до 8 устройств (телефонных, цифровых и видео).

Для обмена по D-каналу используется протокол SS7 (Signalling System Number 7).

Интерфейс PRI.

PRI (Primary Rate Interface) – интерфейс передачи с базовой скоростью. Этот интерфейс соответствует максимальной скорости передачи по линии Т1. Конфигурация PRI состоит из 23 каналов по 64 Кбит/с (В-каналов) и одного D-канала с пропускной способностью 64 Кбит/с. Следовательно пользователь может вести передачу со скоростью 1,472 Мбит/с.

В европейских линиях ISDN конфигурации PRI соответствует 30 В-каналов (т.к. Е1 содержит именно столько каналов передачи полезной информации).

Подключение пользователя.

На рисунке 5.5 приведена типичная конфигурация аппаратных средств абонентского комплекса ISDN.

Устройство NT1 (Network Terminator 1) используется для подключения абонента к цифровому каналу.

Устройство NT2 (Network Terminator 2) занимает промежуточный уровень между NT1 и любым терминальным оборудованием. Это могут быть маршрутизаторы сетей ISDN и цифровые офисные АТС.

Терминальным устройством первого типа TE1 (Terminal Equipment 1) считается пользовательское оборудование, которое в состоянии подключаться к устройствам типа NT. Это, например, рабочие станции ISDN, факсимильный аппарат, телефоны ISDN.К терминальным устройствам второго типа TE2 (Terminal Equipment 2) относится все оборудование, которое не может непосредственно подключаться к NT2 (аналоговые телефоны, ПК и т.д.), а требует для этого применения специального терминального адаптера TA (Terminal Adapter).

Аппаратура.

Проводка делается скрученным медным проводом (витая пара) UTP класса не менее 3 (она обеспечивает передачу со скоростью до 10Мбит/с). Для интерфейса BRI требуется одна пара UTP, а для интерфейса PRI – две пары UTP.

Устройство NT1 достаточно простое, поэтому его часто интегрируют в терминальное оборудование.

Аппаратура ISDN у пользователя может быть встроенной или автономной. Встроенное устройство может быть и комбинированным, т.е. содержать NT1 и несколько терминальных адаптеров TA. Внешние терминальные адаптеры внешне выглядят аналогично модему, поэтому их часто называют ISDN-модемами(хотя там нет ни модуляции, ни демодуляции). Очень часто используют еще один тип аппаратуры – маршрутизаторы ISDN – Ethernet. Они выполняют и роль моста между каналом и локальной сетью, т.е. это router-bridge.

H-каналы.

ITU выпустил стандарты на H-каналы ISDN. Они включают пять конфигураций, начиная с H0 (включает 6 B-каналов – пропускная способность 384 Кбит/с, предназначен для поддержки видеоконференций) и заканчивая каналом H4 (включает 2112 D-каналов, промускная способность – 135 Мбит/с, ориентирован на широковещательную передачу видео- и аудио-данных).

Услуги ISDN.

ISDN-канал может обеспечивать множество дополнительных услуг, например:

· конференц-связь;

· пересылка входящих звонков на другой номер телефона;

· определение номера вызывающего абонента;

· организация рабочих групп и т. д.

Сети Frame Relay

Сети, использующие протоколы Х.25, оказались надежными, но недостаточно высокоскоростными. В связи с этим были предложены модификации, ориентированные на очень высокие скорости передачи — это, в частности, сети Frame Relay и ATM.

Родоначальником технологии Frame Relay – ретрансляции кадров – была в начале 90-х годов американская компания WILTEL, которая имела обширную сеть оптоволоконных линий, проложенных вдоль железных дорог. Технология Frame Relay в отличие от Х.25 позволила обеспечить скорости передачи, совместимые с каналами Т1 (1,5 Мбит/с) и Т3 (45 Мбит/с), тогда как у Х.25 это была обычно скорость 64 Кбит/с.

Формат кадра.

Рис.5.6.

Заголовок кадра Frame Relay содержит:

· 10-битовое поле DLCI (Data Link Connection Identifier) – идентификатора канала передачи данных. Это поле используется маршрутизаторами для нахождения узла назначения. То есть это информация для ретрансляции кадра.

· Из остальных шести бит заголовка:

¨ 3 бита выполняют роль флагов перегрузки;

¨ 1 бит – позволяет снизить приоритет кадра (называется битом DE);

¨ 2 бита – зарезервировано.

Скорость передачи.

Скорость передачи согласуется с провайдером в виде трех параметров:

Ø CIR (Committed Information Rate) – согласованная скорость передачи;

Ø Bc – согласованная величина расширения трафика;

Ø Be – предельная величина расширения трафика.

Трафик объемом Be может приниматься сетью только ограниченный промежуток времени.

Передача трафика объемом Bc допускается, только если загрузка сети в среднем не превысит согласованного значения CIR.

В случае превышения нагрузки пакет может быть либо отброшен маршрутизатором, или же в нем устанавливается в «1» бит DE (снижения приоритета), а в этом случае такой пакет разрешается при необходимости уничтожить любому следующему по пути следования маршрутизатору.

Типы каналов.

Технология Frame Relay может работать на двух типах каналов:

q PVC (Permanent Virtual Circuit) – постоянный виртуальный канал;

q SVC (Seitched Virtual Circuit) – коммутируемый виртуальный канал.

Каналы PVC определяются на этапе конфигурации системы и гарантируют, что пакеты всегда будут доставляться по одному и тому же маршруту. Каналы SVC устанавливаются каждый раз в начале передачи (на этапе установления соединения), что позволяет избегать неисправных участков сети.

Защита от ошибок.

В сети Frame Relay производится проверка правильности кадра (с помощью анализа поля FCS) и, если обнаружены ошибки, кадр стирается. Однако повторная передача таких стертых кадров при этом не запрашивается. Считается, что за сборку сообщения и запрос не доставленных кадров должен отвечать протокол более высокого уровня – транспортный (отвечающий за межконцевую доставку)

Таким образом эти сети ориентированы на применение высококачественных оптоволоконных каналов, в которых ошибки достаточно редки, а поэтому низка и вероятность повторных передач пакета.

Сети ATM

Сети ATM (Asynchronous Transfer Mode) были разработаны в качестве еще одной альтернативы сетям Х.25. Скорость передачи в этой сети находятся в диапазоне от 25,5 Мбит/с до 2,488 Гбит/с. В качестве среды передачи могут использоваться различные носители, начиная с неэкранированной витой пары UTP класса 3, вплоть до оптоволоконных каналов.

Эта технология известна также под названием Fast Packet Switching – быстрая коммутация пакетов.

Высокие скорости передачи обеспечиваются за счет:

1. Фиксированного размера кадра — 53 байта

2. Отсутствия каких-либо мер по обеспечению правильности передачи. Эта задача переносится на более высокие протокольные уровни (транспортный).

Технология ATM относится по концепции OSI ко второму (канальному) уровню. Кадры в ATM называются ячейками (cell). Формат такой ячейки показан на рисунке 5.7.

Заголовок ячейки (5 байт) содержит:

q идентификатор виртуального пути – VPI (Virtual Path Identifier);

q идентификатор виртуального канала – VCI (Virtual Channel Identifier);

q идентификатор типа данных (3 бита);

q поле приоритета потери ячейки (1 бит);

q поле контроля ошибок в заголовке (8 бит) – это сумма по mod 2 байтов заголовка.

Протоколы более высокого уровня разрезают свои сообщения на сегменты по 48 байт и помещают их в поле информации ячейки.

Технология ATM поддерживает 2 типа каналов (аналогично сетям Frame Relay):

· PVC — постоянные виртуальные каналы;

· SVC— коммутируемые виртуальные каналы.

На канальном уровне ATM выделяются 2 подуровня (см. рис.5.8.): непосредственно уровень ATM и уровень адаптации ATM.

Уровень адаптации ATM (ATM Adaptation Layer) – AAL – реализует один из пяти режимов передачи:

Рис.5.8.

q AAL1 — характеризуется постоянной скоростью передачи (Constant Bit Rate – CBR) и синхронным трафиком. Ориентирован на передачу речи и видеоизображений.

q AAL2 — тоже поддерживает синхронную передачу, но использует переменную битовую скорость (Variable Bit Rate – VBR). Он пока, к сожалению, еще не реализован.

q AAL3/AAL4 (объединены в единый протокол) — ориентированы на переменную битовую скорость (VBR). Синхронизация не обеспечивается. AAL4 отличается тем, что не требует предварительного установления соединения.

q AAL5 — аналогичен AAL3, только содержит меньший объем служебной информации.

По протоколам AAL1 и AAL2 передаются порции по 48 байт информации (1 байт – служебный).

Протоколы AAL3 – AAL5 предполагают передачу блоков (разрезанных на сегменты) размером до 65536 байт.

6.Сеть Интернет

Возникновение сети относят к 1969 году, когда вступил в строй опытный участок сети ARPAnet (Advanced Research Projects Agency net) – сеть управления перспективных исследований Министерства обороны США).

ARPA была экспериментальной сетью с пакетной коммутацией, на базе которой отрабатывались принципы построения особонадежных сетей, устойчивых к отказам (например, к бомбовым ударам). Сама идеология этой сети предполагала, что она ненадежна – любой ее участок может исчезнуть в любой момент (после ядерного удара). В результате экспериментов и эксплуатации сети была разработана архитектура протоколов министерства обороны США — DARPA. В соответствии с этими протоколами была создана объединенная сеть передачи данных Министерства обороны США - DDN (Defence Data Network). За первые 10 лет своего развития (70-е годы) ARPAnet превратилась в мощную территориально-распределенную сеть, насчитывающую десятки узлов коммутации и более сотни ГВМ.

С середины 70-х годов ARPAnet стала развиваться также в направлении подключения к ней многочисленных компьютерных сетей различной физической природы, работающих как по принципам, аналогичным сети ARPAnet, так и по отличающимся. Это были, например, экспериментальная широкополосная сеть WBNET, сеть TELENET, кольцевые и моноканальные ЛВС, пакетная сеть с подвижными ГВМ и т.д. Такое объединение различных подсетей в единую сеть получило название ARPA – Internet, а в дальнейшем просто Internet. Это объединение базируется на едином межсетевом протоколе IP и едином транспортном протоколе TCP.

Протоколы сети ARPAnet стали использоваться и в других сетях. Наиболее важной из новых сетей была сеть NSFNET – сеть национального научного фонда (NSF) правительства США. В конце 80-х годов NSF создал 5 суперкомпьютерных центров в ведущих университетах США. Эти центры были соединены в сеть (на базе IP-технологии) каналами со скоростью 56 Кбит/с. Эта сеть начала интенсивно использоваться в 1987 году, но скоро перестала справляться с нагрузкой. Была проведена модернизация оборудования и скорость передачи увеличилась в 20 раз. Далее к этой сети стали подключаться средние и начальные школы США, местные библиотеки, колледжи и т.д. К этой сети была подключена и часть (открытая) сети ARPAnet. Другая часть (DDN) стала сетью министерства обороны США.

Развитие сети привело к созданию множества "шлюзов", с помощью которых к сети могли подключаться сети, построенные на другой идеологии (SNA, DECnet, X.25, BITNET и др.). Сначала эти шлюзы применялись только для пересылки электронной почты, а затем стали обеспечивать и другие услуги.