Учебно-методическии комплекс дисциплины «Компьютерные сети» для специальности 6М011100 — «Информатика» (стр. 75 )

Как было сказано, Х.25 и Frame Relay представляют собой сквозные технологии глобальных сетей, поэтому, возможно, вам непонятно, почему они обсуждаются в главе, посвященной канальному уровню. Причина та же, что и для технологии ATM, — все упомянутые технологии сегодня часто применяются для передачи IP-дейтаграмм от одного IP-маршрутизатора к другому. Таким образом, с точки зрения протокола IP (также представляющего собой сквозную технологию глобальных сетей), Х.25, Frame Relay и ATM — это технологии канального уровня. Поскольку протоколу IP в данной книге уделяется особое внимание, мы поместили описание технологий Х.25, Frame Relay и ATM туда, где с точки зрения протокола IP (и большинства фанатиков Интернета) оно и должно располагаться, а именно в описание канального уровня.

25-сети уже почти полностью исчезли. Они разрабатывались почти 20 лет назад для уровня технологий, в корне отличного от технологий сегодняшних кабельных сетей. Сети ретрансляции кадров были очень привлекательными для корпоративных клиентов, но теперь им приходится выдерживать жестокую конкуренцию со стороны «чистых» IP-решений. В самом деле, уже в середине первого десятилетия нового века технология Frame Relay может значительно уступить свои позиции. Но, несмотря на то что Х.25-сети уже практически не применяются, а технология Frame Relay через несколько лет также может исчезнуть, мы решили обсудить их в этой книге в связи с их огромным историческим значением.

Сети ретрансляции кадров

Технология Frame Relay, разработанная в конце 80-х годов и получившая широкое применение в 90-х, во многом представляет собой второе поколение стандарта Х.25. Как и в стандарте Х.25, в технологии Frame Relay используются виртуальные каналы. Однако, поскольку оптоволоконные системы 90-х годов обладали значительно более низкой вероятностью появления ошибок по сравнению с основанными на медных проводах системами 80-х, технология Frame Relay предназначалась для существенно более низкого уровня ошибок. В случае обнаружения ошибки в пакете коммутатор Frame Relay может только отбросить его. В результате удается получить сети с меньшими накладными расходами и более высокими скоростями передачи данных, чем в Х.25-сетях, но при этом требуются более интеллектуальные оконечные системы для поддержания целостности передаваемых данных. В большинстве случаев сеть ретрансляции кадров принадлежит общественному Интернет-провайдеру (как, например, AT&T или British Telecom), а ее использование корпоративными клиентами оговаривается в договорах на несколько лет вперед. Сегодня технология Frame Relay позволяет локальным сетям различных корпораций обмениваться данными на довольно высоких скоростях. Как показано на рис. 15.7, сеть ретрансляции кадров часто соединяет эти локальные сети через IP-маршрутизаторы, при этом в каждой отдельной локальной сети устанавливается отдельный IP-маршрутизатор. Технология Frame Relay предоставляет альтернативу Интернету при необходимости обмениваться данными между отдельными локальными сетями внутри корпораций. Выбор может обусловливаться соображениями надежности и безопасности.

Рис. 15.7 Сеть ретрансляции кадров, соединяющая две Ethernet-сети

В сетях ретрансляции кадров могут использоваться как коммутируемые (Switched Virtual Circuit, SVC), так и постоянные виртуальные каналы (Permanent Virtual Circuit, PVC). Для соединения маршрутизаторов часто устанавливаются постоянные виртуальные каналы между каждой парой маршрутизаторов. Чтобы соединить N маршрутизаторов, необходимо установить N (N - 1)/2 постоянных виртуальных каналов. В нашем последующем обсуждении мы будем предполагать, что в сети ретрансляции кадров используются постоянные виртуальные каналы (что является более общим случаем).

Передача IP-дейтаграмм между Ethernet-сетями через сеть ретрансляции кадров

Рассмотрим передачу IP-дейтаграммы между двумя Ethernet-сетями, соединенными сетью ретрансляции кадров на примере сети, изображенной на рис. 15.7. Когда Ethernet-кадр прибывает на маршрутизатор источника, сетевая Ethernet-карта маршрутизатора извлекает из него IP-дейтаграмму и передает ее сетевому уровню. Сетевой уровень передает IP-дейтаграмму сетевой карте Frame Relay. Эта карта помещает IP-дейтаграмму в кадр Frame Relay, как показано на рис. 15.8. Она также вычисляет контрольную сумму (2 байта) и помещает ее в поле CRC. Поле канального уровня (2 байта) включает 10-разрядное поле номера виртуального канала. Интерфейсная карта получает номер виртуального канала из таблицы соответствий номеров IP-сетей номерам виртуальных каналов. Затем интерфейсная карта передает пакет.

Рис. 15.8 Инкапсуляция данных пользователя (например, IP-дейтаграммы) в кадр FrameRelay

Интерфейсная карта передает пакет Frame Relay ближайшему коммутатору Frame Relay, которым владеет поставщик услуг сети ретрансляции кадров. Коммутатор изучает поле CRC. Если кадр содержит ошибку, коммутатор отбрасывает его (в отличие от Х.25-сетей сети ретрансляции кадров не занимаются повторной передачей пакета на уровне ретрансляционных участков). В противном случае коммутатор использует номер виртуального канала в кадре для маршрутизации кадра к следующему коммутатору или к получающему маршрутизатору. Получающий маршрутизатор удаляет поля, относящиеся к сети ретрансляции кадров, а затем доставляет дейтаграмму по локальной Ethernet-ceTH получающему хосту. Если TCP-сегменты теряются или прибывают не в том порядке, тогда эту проблему в обменивающихся данными хостах решает протокол TCP.

Согласованная скорость передачи информации

В технологии Frame Relay используется новый механизм, называемый согласованной скоростью передачи информации (Committed Information Rate, CIR). Каждый виртуальный канал Frame Relay поддерживает этот механизм. Мы дадим более точное определение CIR далее, а пока можно считать, что согласованная скорость передачи информации представляет собой обязательство со стороны сети ретрансляции кадров предоставить виртуальному каналу указанную службой CIR скорость передачи данных.

В сетях ретрансляции кадров для пакетов используется два уровня приоритетов. Пометка пакетов осуществляется при помощи специального бита DE (Discard Eligibility — отмена пригодности) в заголовке пакета: 0 означает высокий уровень приоритета, 1 — низкий уровень. Сеть ретрансляции кадров старается доставить кадры с высоким приоритетом при любых обстоятельствах, но в то же время сеть может отбросить низкоприоритетный кадр в случае перегрузки. При особенно тяжелых условиях сеть может отбрасывать даже высокоприоритетные кадры. Перегрузка, как правило, измеряется состоянием выходных буферов в коммутаторах Frame Relay. Когда выходной буфер коммутатора Frame Relay близок к переполнению, коммутатор в первую очередь отбрасывает низкоприоритетные кадры, то есть те кадры в буфере, у которых бит DE установлен в 1.

Итак, теперь нам ясно, какие действия предпринимает коммутатор Frame Relay с маркированными пакетами, но мы еще ничего не сказали о том, как пакеты маркируются. Чтобы рассказать об этом, нам необходимо познакомиться с некоторыми терминами Frame Relay, что мы и сделаем с помощью рис. 5.50. Скоростью доступа называют скорость передачи на линии от маршрутизатора-источника до «крайнего» коммутатора Frame Relay. Как правило, эта скорость составляет 64 Кбит/с или больше (вплоть до 1,544 Мбит/с), но обязательно должна быть кратной 64 Кбит/с. Пусть скорость доступа равна R Кбит/с. Маркировкой пакетов, прибывающих от маршрутизатора-источника, занимается крайний коммутатор. Для этого коммутатор проверяет, укладываются ли значения времени прибытия кадров в фиксированный интервал, называемый интервалом измерения и обозначаемый символами Тс. Большинство поставщиков услуг в сетях ретрансляции кадров используют интервал измерения в диапазоне от 100 мс до 1 с.

Теперь мы можем описать скорость CIR более точно. Каждому виртуальному каналу, исходящему из маршрутизатора-источника (их может быть много, например они могут направляться в различные локальные сети), назначается согласованная скорость передачи информации (CIR), измеряемая в битах в секунду. Согласованная скорость передачи информации не может превышать скорость доступа R. Клиенты платят за определенный уровень CIR; чем выше CIR, тем больше клиент платит поставщику услуг в сети ретрансляции кадров. Если виртуальный канал генерирует пакеты с меньшей, чем CIR, скоростью, все пакеты этого виртуального канала помечаются как высокоприоритетные. Однако если скорость, с которой виртуальный канал генерирует пакеты, превышает CIR, тогда пакеты помечаются как низкоприоритетные. В частности, в течение каждого интервала измерения Тс для первых CIR х Тс бит, посланных виртуальным каналом, крайний коммутатор помечает соответствующие пакеты как высокоприоритетные (DE = 0). Все прочие пакеты, переданные за тот же временной интервал, коммутатор помечает как низкоприоритетные (DE= 1).

Рассмотрим работу крайнего коммутатора на примере. Пусть поставщик услуг в сети ретрансляции кадров использует интервал измерения Тс = 500 мс. Предположим, что скорость доступа к линии равна R = 64 Кбит/с, а скорость CIR, назначаемая некоему виртуальному каналу, равна 32 Кбит/с. Для простоты предположим, что каждый пакет Frame Relay состоит ровно из L = 4000 бит. Это означает, что каждые 500 мс виртуальный канал может посылать CIR х Tc/L = 4 высокоприоритетных пакета. Все дополнительные пакеты, переданные за тот же временной интервал, помечаются как низкоприоритетные. Обратите внимание, что за каждый интервал в 500 мс виртуальный канал может послать до четырех низкоприоритетных пакетов (сверх четырех высокоприоритетных пакетов). Поскольку задача сети ретрансляции кадров заключается в том, чтобы доставить все высокоприоритетные пакеты получающему узлу Frame Relay, виртуальный канал, по существу, гарантирует пропускную способность в 32 Кбит/с. В то же время сеть ретрансляции кадров не дает никаких гарантий насчет сквозных задержек как для высокоприоритетных, так и для низкоприоритетных пакетов.

При увеличении длительности интервала измерения Тс растет вероятность неравномерной доставки высокоприоритетных пакетов, переданных маршрутизатором-источником. В предыдущем примере, если Тс = 0,5 с, то маршрутизатор может передать до четырех высокоприоритетных пакетов подряд (без пауз между ними). При Тс = 1 с маршрутизатор может передать до восьми высокоприоритетных пакетов подряд. При меньших значениях интервала измерения Тс сглаживаются неравномерности потока высокоприоритетных пакетов, но большие значения интервала измерения увеличивают гибкость виртуального канала. В любом случае при любом значении Гс, средняя скорость передачи высокоприоритетных данных за большой интервал времени не может превысить значение CIR для данного виртуального канала.