Глобальные сети: Технологии и протоколы

Мордовский государственный университет

имени Н.П. Огарёва

Факультет электронной техники
Курсовая работа

«Глобальные сети: Технологии и протоколы»

Выполнил: Холопов К.Е.

Проверил: Масляев С.И.

Саранск 2000

План

В поисках идеальной глобальной сети ------------------------------------------- 3

Обычная телефонная связь

Арендуемые линии

Switched 56

Цифровая сеть с интеграцией услуг

Frame relay

SMDS

Асинхронный режим передачи

Синхронная оптическая сеть

Так каков же ответ?

Основные требования к сервису глобальной сети

Характеристики идеальной глобальной сети

Чтобы сервис отвечал потребностям сети...

Найди то, не знаю что

Архитектура ISDN -------------------------------------------------------------------- 7

1) Все познается в сравнении

2) Каналы ISDN

3) Оборудование ISDN в помещении заказчика

4) Опорные точки ISDN

5) Оконечное оборудование сети NT1

6) Достоинства ISDN

7) Перспективы ISDN

Х.25 - незнакомый знакомец ------------------------------------------------------- 12

1) Протоколы сетей X.25

2) Преимущества сетей X.25

3) Доступ пользователей к сетям X.25.

4) Сборщики-разборщики пакетов

5) Узлы сети X.25. центры коммутации пакетов

В поисках идеальной глобальной сети

Приложения, при работе с которыми требуется широкая полоса пропускания, становятся неотъемлемой частью бизнеса. Чем же отличаются друг от друга различные типы глобальных сетей?

Правильно выбрать сервис глобальной сети не так-то просто. Сервисы весьма разнообразны, причем каждый имеет свои достоинства и недостатки. Cравним восемь телекоммуникационных сервисов - обычную телефонную связь (POTS), выделенные линии, Switched 56, ISDN, frame relay, SMDS, ATM и Synchronous Optical Network (SONET); наше сравнение позволит увидеть, насколько хорошо и при каких условиях они работают, а также какой сервис кому лучше всего подходит.

Для дифференциации сервисов глобальной сети необходимо ответить на три вопроса .

Сервис цифровой или аналоговый?

Аналоговой линии нужен модем для передачи данных, а цифровой - другие типы оконечных устройств. При доминировании коммутаторов в современных центральных АТС США, Европы и Японии все линии внутри сети телефонной компании цифровые. В этой ситуации различие между аналоговыми и цифровыми сервисами касается только абонентского шлейфа, связывающего АТС телефонной компании с помещением заказчика.

Опирается ли служба на коммутацию пакетов, каналов или на некоммутируемые каналы? При коммутации пакетов данные передаются в дискретных пакетах, причем каждый пакет содержит данные и адресную информацию. Коммутация ячеек является разновидностью коммутации пакетов. При коммутации ячеек все пакеты имеют одинаковую небольшую длину. Это повышает предсказуемость характеристик передачи, что важно в случае таких данных, как голос и видео.

И в случае коммутации каналов, и в случае некоммутируемых каналов сервис обеспечивает соединение между двумя точками, и данные передаются между ними в виде потока данных (и не разделяются на пакеты). Адресная информация не включается в данные, так как отправитель и получатель определяются при установлении соединения.

При коммутации каналов заказчик создает и разрывает временные соединения, при этом сеанс обмена данными может длиться от нескольких секунд до нескольких часов. При некоммутируемых каналах телефонная компания конфигурирует канал таким образом, что две конечные точки получают постоянное соединение между ними. Для изменения конечных точек телефонная компания должна переконфигурировать канал. Обычно заказчик прибегает к коммутируемому сервису, когда он нуждается в связи со многими абонентами. Таким образом, коммутируемый сервис обеспечивает гибкую связь. Некоммутируемый сервис менее гибок, но надежнее и проще в

управлении.

Ежемесячная плата за коммутируемые каналы состоит, как правило, из относительно невысокой фиксированной абонентской платы за каждую линию и дополнительной платы за каждую минуту соединения. Плата за некоммутируемый сервис, в основном, фиксирована.

Какую физическую среду сервис использует - медный кабель, оптоволокно, коаксиал или радиосвязь?

Диапазон изменения трансмиссионных характеристик медного кабеля довольно широк и зависит от срока эксплуатации. Новый кабель обычно лучше. Передача по медному кабелю и радиосвязь подвержены влиянию погодных условий (дождь может привести к уменьшению темпа передачи), в

том числе таких электромагнитных помех, как разряд молнии. Коаксиал, а тем более оптоволокно подвержены подобному воздействию в несравнимо меньшей степени.

ОБЫЧНАЯ ТЕЛЕФОННАЯ СВЯЗЬ

POTS (обычная телефонная связь) - это аналоговый сервис с коммутацией каналов для передачи голоса на основе медного кабеля с одной витой парой. Основное преимущество POTS - низкая стоимость связи. Стоимость оборудования (телефонов и модемов) также невелика. В США телефонная связь является наиболее распространенным видом связи. Однако во многих европейских и азиатских странах место телефонной связи занял ISDN.

POTS не лишена недостатков. Темп передачи данных мал (обычно не более 28,8 Кбит/с), и телекоммуникационные компании не гарантируют предоставления требуемой полосы пропускания. Кроме того, времени на установление соединения после набора номера уходит не так уж и мало - от одной до тридцати секунд.

Конфигурация модемов, создание сценариев соединения и контроль соединений

тоже продолжительные процедуры. Удручает и то обстоятельство, что из-за использования медного кабеля процент ошибок довольно высок.

АРЕНДУЕМЫЕ ЛИНИИ

Некоммутируемые линии, называемые также выделенными или частными линиями, лежат в основе большинства старых инфраструктур корпоративных сетей. Однако по сравнению с оммутируемыми сервисами и, в особенности, с сервисами коммутации кадров, они все чаще рассматриваются как дорогостоящие и неэффективные.

Когда мэйнфреймы правили бал в мире сетей, оптимизированные для низкоскоростной передачи данных арендуемые линии (4800 бит/с) были оплотом таких сетей.

В настоящее время широко используются арендуемые линии для передачи голоса и данных на 56 Кбит/с, 1,5 Мбит/с (Т-1) и 45 Мбит/с (Т-3). Кроме того, арендуемые линии все чаще применяются и в качестве линий доступа из помещения заказчика к коммутатору телефонной компании, при этом передача данных на большие расстояния осуществляется при помощи сервиса с коммутацией пакетов, например frame relay.

Как правило, ежемесячная плата за арендуемые линии зависит от пропускной способности линии и расстояния между конечными точками. Арендуемые линии наиболее привлекательны в качестве средства передачи данных на короткие расстояния. Нередко, однако, частная линия представляет единственный вариант доступа к высокоскоростным сервисам, при этом плата за выделенные линии

доступа может составлять чуть ли не половину платы за коммутируемые услуги. Помимо этого, за предоставление линии к удаленному от АТС помещению может взиматься специальная плата. Поэтому для организации международной связи сервисы с коммутацией пакетов более привлекательны. Арендуемые линии доступны везде, где есть обычная телефонная связь.

При использовании арендуемых линий время задержки невелико и фиксировано, при этом заказчик получает гарантированную полосу пропускания от умеренной (от 56 Кбит/с до T-1) до весьма высокой в зависимости от типа арендованной линии.

Недостаток же тот, что выделенные линии не предоставляют полосу пропускания по требованию. Кроме того, если заказчик хочет организовать связь между всеми своими офисами, каждое помещение должно быть связано с каждой выделенной линией. Всем же другим, обсуждаемым в нашей статье сервисам нужна только одна линия доступа для каждого помещения. Плюс ко всему арендуемые линии неэффективны с финансовой точки зрения, если только они не загружены постоянно. При загруженности линии менее чем на 70% решение на основе коммутации каналов или пакетов оказывается более эффективным.

SWITCHED 56

Как следует из названия, Switched 56 - это коммутируемый цифровой сервис с темпом передачи данных 56 Кбит/с. Switched 56 предлагается, в основном, в качестве низкоскоростной альтернативы ISDN. Как ISDN и POTS, конечные точки Switched 56 имеют телефонный номер, по которому может позвонить любой, кто имеет линию Switched 56 или ISDN. Однако, в отличие от ISDN, он предназначен только для передачи данных, а не голоса.

По сравнению с арендуемыми линиями или сервисами коммутации пакетов, Switched 56 является наиболее эффективным решением, когда данные передаются короткими интенсивными посылками с паузами между посылками от одной минуты и более.

Пропускная способность Switched 56 недостаточна для многих приложений, и, кроме того, дополнительную пропускную способность нельзя получить по требованию.

ЦИФРОВАЯ СЕТЬ С ИНТЕГРАЦИЕЙ УСЛУГ

ISDN - это коммутируемая цифровая служба для передачи голоса и данных одновременно по одной линии на основе медного кабеля. ISDN имеет две разновидности.

Первая - базовый интерфейс обмена (Basic Rate Interface, BRI) c двумя каналами B на 64 Кбит/с и одним каналом D на 16 Кбит/с; вторая - основной интерфейс обмена (Primary Rate Interface) c 23 каналами B на 64 Кбит/с и одним каналом D на 64 Кбит/с.

Канал B используется для передачи голоса и данных, а канал D для передачи служебной информации. (Кроме того, сервис Switched 64 представляет собой, по существу, один канал B, и используется он для организации канала Switched 56.)

Каждая линия ISDN требует установки либо абонентского адаптера, либо маршрутизатора.

Основные недостатки ISDN - ограниченная доступность и отсутствие взаимодействия

между операторами связи. С течением времени и доступность, и взаимодействие должны улучшиться. Однако возможности предоставления услуг ISDN зависят от состояния и протяженности абонентского шлейфа, поэтому они могут различаться для городской и сельской местности, для разных районов одного и того же города и даже для двух зданий на одной и той же улице. Операторы связи и поставщики оборудования обеспечивают, как правило, возможность объединения двух и более каналов вместе в более скоростной канал. Пропускная способность может наращиваться только как кратное одного из двух интерфейсов BRI и PRI, первый из которых для многих приложений недостаточен, а второй чрезмерен.

FRAME RELAY

В отличие от вышеописанных сервисов frame relay представляет собою сервис с коммутацией пакетов. Однако он предоставляется как постоянное виртуальное соединение (Permanent Virtual Circuit, PVC), напоминая арендуемую линию тем, что конечные точки определяются заранее.

Сервис frame relay нацелен на замену выделенных линий в таких задачах, как организация связи между локальными сетями.

В случае frame relay из-за отсутствия схем назначения приоритетов время ожидания непредсказуемо и бывает весьма значительным. Любой трафик, если он превышает установленное значение CIR, может не достигнуть места назначения, а это вызывает необходимость повторной передачи. Поэтому frame relay предназначен в первую очередь для передачи данных. Но некоторые поставщики предлагают оборудование для передачи голоса по frame relay. Сети frame relay операторов связи разнятся по своей способности передавать голос с приемлемым качеством.

Кроме того, качество передачи может варьироваться от одной временной зоны к другой и от одной географической области к другой даже в сети одного оператора.

В предположении пакетной передачи соединение frame relay способно обычно обслуживать тот же трафик, что и выделенная линия.

SMDS

Сервис коммутации ячеек Switched Multimegabit Data Service (SMDS) используется в настоящее время только для передачи данных. В отличие от frame relay сервис SMDS позволяет осуществлять коммутируемый вызов. За дополнительную плату заказчик может создать закрытую группу пользователей, так что члены группы смогут производить и принимать вызовы только от других

членов группы. Ввиду отсутствия платы за использование SMDS может оказаться при значительном трафике дешевле ISDN. Диапазон скоростей передачи - от 56 Кбит/с до 34 Мбит/с. Высокоскоростная линия SMDS дешевле, в расчете на переданный мегабайт, чем frame relay.

Например, выгоднее купить одну линию SMDS на 34 Мбит/с, нежели эквивалентные ей в совокупности 23 линии frame relay на 1,5 Мбит/с. Однако SMDS может оказаться в два раза дороже, чем frame relay, в тех ситуациях, когда последний сервис имеет каналы с аналогичной пропускной

способностью.

АСИНХРОННЫЙ РЕЖИМ ПЕРЕДАЧИ

ATM - это высокоскоростной сервис с коммутацией ячеек. Ожидается, что он заменит frame relay. В отличие от frame relay ATM предназначен для использования как в локальных, так и в глобальных сетях. ATM уже широко используется телефонными компаниями на внутренних коммуникациях, но для конечных пользователей это пока еще технология будущего. По мере снижения цен, роста требований к пропускной способности и "созревания" стандарта ATM будет становиться

все более популярным. В настоящее время ATM предоставляется конечным пользователям

только в виде постоянных виртуальных соединений.

Однопротокольная среда ATM и в локальных, и в глобальных сетях упрощает управление. Благодаря тому, что межсетевым устройствам не нужно переводить один протокол в другой, задержка невелика и предсказуема. Если сравнивать frame relay и ATM, то последняя, как технология передачи ячеек, лучше подходит для передачи видео и голоса. Пропускная способность составляет 45 Мбит/с и 155 Мбит/с. При большом объеме трафика пользователи будут платить меньше за переданный мегабайт, чем в случае frame relay и SMDS.

Пропускная способность менее 45 Мбит/с и более 155 Мбит/с не предлагается, и несмотря на быстрое падение цен, стоимость оборудования ATM по-прежнему остается высокой. Например, маршрутизатор для ATM стоит дороже эквивалентного маршрутизатора для frame relay, и плата

ATM для микрокомпьютера стоит больше, чем плата Fast Ethernet.

СИНХРОННАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СЕТЬ

SONET - это высокоскоростной отказоустойчивый сервис для волоконно-оптического кабеля, причем используется он исключительно во внутренних сетях операторов связи для передачи трафика frame relay, ATM, SMDS, ISDN и Switched 56.

Только небольшое число крупных заказчиков арендуют средства SONET напрямую. SONET реализуется обычно при помощи мультиплексора с несколькими портами ATM со стороны абонента и одним портом SONET со стороны общедоступной сети.

SONET обеспечивает скорость передачи данных в 51,84 Мбит/с (ОС-1), 155 Мбит/с (ОС-3), 622 Мбит/с (ОС-12), 2,488 Гбит/с (ОС-48) и в некоторых случаях даже 4,96 Гбит/с (ОС-96).

Объединение нескольких потоков ATM в один канал чревато в случае сбоя катастрофическими последствиями. Сети SONET реализуются обычно как отказоустойчивые кольца, поэтому опасность потери трафика минимальна, когда он достиг центрального офиса оператора связи. Если абонентский шлейф представляет собой линейный канал SONET, а не кольцо, то физически избыточный маршрут от помещений заказчика до центрального офиса предусмотреть, вероятно, стоит.

SONET гарантирует высокую доступность сети при конфигурации в виде отказоустойчивого

кольца, поскольку SONET обеспечивает самовосстановление в течение 50 миллисекунд - т.е. так быстро, что высокоростной трафик даже не ощутит этого. Кроме того, SONET упрощает подключение к общедоступной сети - один интерфейс вместо нескольких.

Отрицательные стороны SONET - высокая стоимость установки и оборудования,

а также чужеродность технологии для администраторов сетей.

ЧТОБЫ СЕРВИС ОТВЕЧАЛ ПОТРЕБНОСТЯМ СЕТИ...

Найди то, не знаю что

При столь различных характеристиках различных сервисов глобальной сети, как определить, какое приложение подходит для какого сервиса? Наилучшие приложения для обычной телефонной связи - это те, где объем передаваемых данных ограничен и данные передаются только от случая к случаю. Примером такого приложения может служить электронная почта. Однако если время междугородней связи довольно продолжительно (скажем, больше часа или двух в месяц), то

стоит рассмотреть другие варианты. Internet в этом случае может оказаться дешевле.

Если доступ в Internet вам нужен в любом случае, то Internet дешевле POTS, особенно когда речь идет о междугородних и международных соединениях.

Недостаток Internet в качестве глобальной сети в том, что доступность Internet менее предсказуема и вторична по отношению к POTS. Кроме того, и производительность Internet непредсказуема. Высокоскоростной доступ к Internet позволяет повысить производительность, но он обойдется дороже. Арендуемые линии, Switched 56 или ISDN, оправданы в случае чувствительного

к задержке мультимедийного трафика. Если трафик заполняет канал большую часть суток, то наиболее подходящим решением будет выделенная линия. Когда данные необходимо передавать нерегулярно, и при этом они загружают канал практически полностью во время передачи, то коммутируемые соединения Switched 56 или ISDN лучше. Switched 56 или ISDN широко применяются в качестве временной замены для выделенных линий на случай чрезвычайных обстоятельств. Выделенные линии, Switched 56 или ISDN, для пакетных приложений типа организации моста между локальными сетями далеко не идеальны с экономической точки зрения,

потому что они не предлагают пропускную способность по требованию. Однако, если передачи нечастые и краткие, то преимущества в цене могут сделать ISDN и Switched 56 предпочтительным вариантом. Для умеренно загруженных сетей frame relay гарантирует наименьшие затраты

для таких приложений, как организация моста между локальными сетями. Непредсказуемая

задержка и статистический подход к предоставлению пропускной способности никак не сказывается на подобных приложениях. Некоторые поставщики сетевого оборудования покупают frame relay для чувствительных к задержкам приложений типа голоса и SNA. Frame relay не предназначался для таких приложений, но благодаря значительной экономии в цене и удобству использования он заслуживает, по крайней мере, тестирования. Например, передача голоса по frame relay оправдана для тех офисов, в которых голосовые линии дороги, низкого качества или требуют значительного времени для установки. Однако если эти приложения работают хорошо сегодня, то гарантий того, что они будут работать так же хорошо и завтра, когда сети frame relay станут значительно загруженней, нет. SMDS предназначен для тех же приложений, что и frame relay. SMDS отличается от frame relay только оптимизацией трафика и затратами вследствие опоры

на коммутацию каналов и фиксированной ежемесячной платы. SMDS лучше всего подходит для сетей с большим числом узлов, между которыми должна быть установлена связь.

С тактической точки зрения, ATM подходит для чувствительных к задержкам приложений наилучшим образом, особенно для мультимедиа-приложений. Применение ATM может быть также оправдано необходимостью передачи больших объемов критически важных данных, например в медицине. Со стратегической точки зрения, ATM пригоден для любых крупных, загруженных, высококритичных сетей.

SONET не рассчитан для какого-либо конкретного приложения, но его использование может быть вызвано потребностью в передаче огромных объемов данных и в простоте интерфейса с оператором связи.

Архитектура ISDN

ISDN стала первым шагом на пути создания единой инфраструктуры для передачи голоса, данных и других типов информации. Акроним ISDN расшифровывается как цифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network). Концепция ISDN была разработана в 70-х годах Bellcore, а сама технология стандартизована CCITT в 1984 году. Рекомендации описывают стандартный набор интерфейсов и сигнальных протоколов для передачи голоса и данных по обычным телефонным линиям. Благодаря ISDN различные устройства типа телефонов, компьютеров, факс-аппаратов могут одновременно передавать и принимать цифровые сигналы после установления

коммутируемого соединения с абонентом на противоположном конце. Таким образом,

ISDN позволяет сделать все соединение между конечными узлами (а не только между АТС) цифровым.

ВСЕ ПОЗНАЕТСЯ В СРАВНЕНИИ

Чтобы лучше понять ISDN, данную технологию полезно сравнить с обычной телефонной системой. Во-первых, ISDN - это цифровая, а не аналоговая сеть, т. е. напряжение имеет несколько дискретных уровней, а не является прямым аналогом колебаний акустического давления.

Во-вторых, как следует из названия, она обеспечивает интегрированное обслуживание, иначе говоря, позволяет передавать голос, данные и даже видео по одной сети. Иными словами, вместо трех различных систем – телефонной сети, выделенных линий для передачи данных и кабельного телевидения - достаточно одной! Обычная телефонная линия представляет собой одну неэкранированную пару медных проводов от настенной розетки до центральной АТС. Обычно эта линия называется абонентским шлейфом. АТС - это точки, куда сходятся все абонентские линии. Находящийся там телефонный коммутатор позволяет связаться с вызываемым абонентом.

В принципе ту же самую абонентскую линию при определенных условиях можно использовать и для ISDN.

Вообще-то, абонентские линии имеют недостаточную ширину полосы, так как они предназначаются для передачи аналоговых сигналов в полосе 3,1 кГц (от 300 до 3400 Гц). Кроме того, характеристики нагружающей индукционной катушки таковы, что потери в указанном диапазоне минимальны, но резко возрастают при частоте свыше 3400 Гц. Это сеет настоящий хаос в фазовых и амплитудных характеристиках сигнала ISDN, поэтому получение ISDN на дому возможно при

следующих условиях:

- изъятии нагружающих индукционных катушек (как правило, они применяются на линиях протяженностью порядка 4-5 км и более);

- установке цифровых эхоподавителей на обоих концах линии;

- прокладке высококачественного телефонного кабеля;

- применении усилителей ISDN-сигнала.

В результате абонентская линия сможет передавать, например, два телефонных

разговора вместо одного.

КАНАЛЫ ISDN

Базовый интерфейс обмена (Basic Rate Interface, BRI) состоит из трех отдельных каналов - двух опорных каналов (bearer channel, или B-channel) и одного канала данных. Каждый канал B имеет скорость 64 кбит/с, а канал D - 16 кбит/с. Канал D используется для сигнализации, например передачи вызова и разрыва связи. Каналы B предназначаются для передачи данных, таких

как оцифрованный голос или двоичные данные. Именно BRI имелся в виду, когда мы говорили о возможности использования обычной абонентской телефонной линии для ISDN.

Первичный интерфейс обмена (Primary Rate Interface, PRI) состоит из 30 каналов B на 64 кбит/с и одного канала D, также на 64 кбит/с. Как и в предыдущем случае, каналы B предназначены для передачи данных, а канал D - для служебной информации. Для PRI вы должны арендовать

линию E-1 в 2,048 Мбит/с от вашего офиса до центральной АТС. В США PRI образуют 23 канала B и один канал D.

Время установления связи составляет всего от 1 до 3 секунд, благодаря тому что цифровая сигнализация по каналу D исключает медленный процесс генерации и декодирования тональных сигналов, а также необходимость согласования параметров связи модемами (сравните это с минутным ожиданием установления связи между модемами). Кроме того, канал D может использоваться не только для передачи сигнальной информации, но и для передачи данных телеметрии, электронной почты и т. п.

Многоскоростной ISDN предполагает возможность объединения нескольких

каналов B, причем эти каналы коммутируются как один (см. таблицу ).

ОБОРУДОВАНИЕ ISDN В ПОМЕЩЕНИИ ЗАКАЗЧИКА

Сегмент ISDN в помещении заказчика описывается в соответствии с рекомендациями CCITT в терминах функциональных групп устройств (functional groping) и стандартных опорных точек (reference point) (см. Рисунок 1). Основными видами устройств в помещении заказчика являются оконечное оборудование сети 1 и 2 (Network Termination 1 и 2, NT1 и NT2), терминальный адаптер

(Terminal Adapter, TA) и терминальное оборудование типа 1 и 2 (Terminal Equipment Type 1 и 2, TE1 и ТЕ2).

Оконечное оборудование сети типа 1 (NT-1) располагается между сетью оператора связи и терминальным оборудованием (в левой части рисунка). TE-1 - это ISDN-совместимое, а ТЕ-2 - это любое другое терминальное обрудование. Некоторые офисы могут иметь также УАТС или NT-2.

Терминалы ISDN делятся на две основные категории: специализированные

терминалы ISDN (TE1) и все остальные терминалы (TE2). TE1 подключаются

по четырехпроводному цифровому каналу на основе витой пары, а TE2 - с помощью

терминального адаптера. Примерами TE2 могут служить обычные аналоговые телефоны, ASCII-терминалы и компьютеры с последовательным портом RS-232.

Терминальный адаптер представляет собой автономное устройство или съемную плату внутри TE2.

Рисунок 1.

Фактически терминальные адаптеры заменяют собой модем. Оконечное оборудование сети служит для подключения четырехпроводной проводки в помещении заказчика к обычной двухпроводной абонентской линии. NT1 устанавливается оператором связи в помещении заказчика (в отличие

от США, в Европе NT1 является, как правило, собственностью оператора связи) и связывает его с коммутатором ISDN на центральной АТС по витой паре, по которой ранее подключался обычный телефон. NT1 имеет разъем для пассивной шины. К этой шине заказчик может подсоединить до

Рисунок 2.

восьми ISDN-телефонов, терминалов и других устройств аналогично тому, как подобные

устройства подключаются к локальной сети (см. Рисунок 2). С точки зрения пользователя, сеть ISDN начинается с NT1.

Вообще говоря, возможности подключения восьми устройств по шине может оказаться недостаточно, так как шина способна обслуживать только ограниченное число телефонных разговоров одновременно. В этом случае применение локального коммутатора NT2 - фактически УАТС - позволяет обеспечить реальный интерфейс для телефонов, терминалов и другого оборудования. Как правило, NT2 используется с PRI, а не с BRI.

NT2 выполняет функции протоколов второго и третьего уровня, а также функции концентрации. Однако NT2 может выполнять лишь часть или вообще не выполнять протокольные функции; в последнем случае он является "прозрачным".

Кроме того, комбинированное устройство NT1/2 осуществляет функции и NT1 и NT2.

ОПОРНЫЕ ТОЧКИ ISDN

Опорные точки или точки доступа представляют собой интерфейсы между различными функциональными устройствами ISDN. Основными опорными точками являются R, S, T, U.

Опорная точка R обеспечивает интерфейс между терминалом и терминальным адаптером.

Стандарт на точку R отсутствует, и разрабатывать его не предполагается, так как в принципе терминальный адаптер должен быть частью терминала ISDN.

Опорная точка S реализует интерфейс между терминалом ISDN (или терминальным

адаптером в случае не ISDN терминала) и оконечным оборудованием сети NT2. Терминальное оборудование со встроенным NT2 может подключаться к прозрачному NT2 или напрямую к NT1.

Опорная точка T служит для интерфейса между оконечным оборудованием

сети NT2 и NT1. Последнее реализует функции физического уровня.

Опорная точка U обеспечивает интерфейс между NT1 в помещении заказчика

(абонентском пункте) и NT1 на центральной АТС (узле коммутации) по абонентской линии. Стандарт на интерфейс U полностью не определен, общие рекомендации имеются только относительно скорости передачи.

ОКОНЕЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СЕТИ NT1

Как уже говорилось выше, оконечное оборудование сети NT1 обеспечивает интерфейс между двумя проводами витой пары со стороны телефонной компании и четырьмя проводами витой пары со стороны терминального оборудования конечного пользователя, т. е. он осуществляет подключение внутренней шины S к внешнему интерфейсу U. Внутренняя шина S представляет собой четырехпарный кабель (с 8-контактными модульными разъемами). Она используется для подключения, а также в некоторых ситуациях для электрического питания (у шины S нет ничего общего с Sbus).

NT1 получает питание от общей сети переменного тока, однако некоторые устройства имеют встроенные аккумуляторы, чтобы телефонная связь не прерывалась во время сбоев питания (в отличие от обычных телефонов, ISDN-телефоны имеют активные электронные устройства и нуждаются в электропитании). Из четырех пар кабеля шины S две предназначены для передачи данных, а еще две – для подачи питания на ISDN-телефоны и другие подключенные устройства.

Внешние источники питания могут быть двух видов - на 10-12 В и на 2 В. Первые достаточны для питания NT1 и подключенного к нему терминального оборудования, вторые обеспечивают только питание самого NT1. В чрезвычайных обстоятельствах (emergency mode) NT1 может получать питание до 1,2 В от АТС.

Физически NT1 представляет собой небольшое, крепящееся к стене устройство со световыми индикаторами. В случае использования нескольких BRI все NT1 можно установить в специальную стойку со встроенным источником питания.

Принципиальная схема NT1 изображена на Рисунке 3

Рисунок 3.

NT1 подключает внутреннюю шину S к внешнему интерфейсу U.

Иногда NT1 встраивается в терминальный адаптер. В этом случае комбинированный терминальный адаптер/NT1 - все, что нужно для подключения стандартного COM-порта EIA-232 к ISDN-интерфейсу U с базовой скоростью BRI.

ДОСТОИНСТВА ISDN

Прежде чем переходить к описанию общих достоинств ISDN, хотелось бы привести несколько частных примеров. Например, многие руководители имеют специальную кнопку на своих телефонах, с помощью которой они могут мгновенно связаться с секретаршей (нулевое время установления связи). ISDN-телефоны обеспечивают моментальную связь с одним из нескольких наперед заданных абонентов в любой точке мира по нажатию всего одной кнопки. Еще одна возможность - отображение телефонного номера, имени и адреса звонящего на дисплее в

момент звонка. В более сложном варианте, когда телефон подключен к компьютеру, монитор ПК может отображать соответствующую запись о звонящем из базы данных.

В случае BRI оба B-канала могут быть объединены, например, для обеспечения более быстрого доступа к провайдеру Internet, а при поступлении входящего вызова один канал B тут же освобождается; по завершении разговора канал B автоматически подключается к передаче данных.

Общие же достоинства ISDN состоят в следующем.

Во-первых, ISDN поднимает по сравнению с модемами порог в 56 Кбит/с для скорости обмена данными между компьютерами по обычной телефонной сети.

ISDN позволяет оперировать одновременно несколькими цифровыми каналами по одной телефонной проводке, и таким образом использовать ее для передачи цифрового, а не аналогового сигнала. С помощью протоколов объединения каналов типа BONDING или многоканального PPP базовый интерфейс обмена позволяет достичь скорости передачи несжатых данных в 128 кбит/с. Кроме того, задержка, т. е. время от отправки вызова до установления связи, для линий ISDN меньше в несколько раз.

Во-вторых, ранее каждому устройству была необходима отдельная телефонная

линия, если они должны были работать одновременно. Например, отдельная линия была нужна для телефона, факса, модема, моста/маршрутизатора и системы видеоконференций. В случае ISDN сигналы от нескольких источников можно комбинировать для передачи по одной линии, причем ISDN предоставляет единый интерфейс для всех источников.

В-третьих, вместо отправки вызова по основному каналу абонента в случае обычной телефонной системы ISDN посылает цифровой пакет по отдельному внешнему каналу. С одной стороны, этот сигнал никак не влияет на уже установленные соединения, с другой - установление связи происходит очень быстро. Сигнализация позволяет также определить, кто звонит, а телефонное оборудование ISDN может автоматически принимать решение, куда перенаправить звонок.

ПЕРСПЕКТИВЫ ISDN

Узкополосная сеть с интеграцией услуг Narrowband ISDN стала одной из первых попыток заменить аналоговую телефонную систему на цифровую для передачи и голоса, и данных. К сожалению, стандартизация заняла слишком много времени (а технологии развиваются очень быстро), так что, едва появившись, стандарты уже устарели. Кроме того, требования пользователей значительно выросли.

Увы, но на сегодняшний день базовому интерфейсу обмена не хватает скорости для новых видов сервиса, например для видео по требованию или связи высокоскоростных локальных сетей. Однако ISDN - отнюдь не мертвая технология. Например, она нашла себе новое неожиданное применение - обеспечение доступа в Internet.

Х.25 - незнакомый знакомец

Фраза, вынесенная в заголовок , в двух словах отображает сегодняшнюю ситуацию с технологией X.25. В западной прессе теперь очень трудно встретить рассмотрение проблем, связанных с использованием протокола X.25; более горячими темами сегодня в области территориальных сетей являются, например, технологии frame relay и ATM. Несмотря на это, даже в странах Запада самые передовые компании, выпускавшие ранее только высокоскоростное оборудование, дополняют свой спектр устройств оборудованием X.25. Пример тому - появление в нынешнем году в ассортименте оборудования фирмы StrataCom узлов X.25.

Особенно актуально рассмотрение решений технологий X.25 для России и сопредельных стран с аналогичной инфраструктурой каналов.

Мы будем называть сетями X.25, или сетями пакетной коммутации сети, доступ к которым производится в соответствии с рекомендациями МККТТ X.25 (в соответствии с X.3/X.28 в случае асинхронного доступа).

Итак, почему именно сети X.25? Дело в том, что на сегодняшний день, несмотря на появление новых, интегральных технологий сетей передачи данных/сетей связи, рассчитанных на высокоскоростные каналы связи, сети X.25 по-прежнему наиболее распространены.

Если рассматривать все имеющиеся сегодня сети передачи данных общего пользования, то окажется, что именно сети X.25 с наибольшим основанием могут быть уподоблены телефонным сетям. Точно так же, как подняв трубку телефонного аппарата, подключенного к ближайшей АТС, вы можете связаться с абонентом практически в любой точке мира, так и установив соединение

вашего компьютера с ближайшим узлом сети X.25, вы сможете осуществить связь с любым из миллиона пользователей сетей X.25 по всему миру. Для этого вам надо лишь знать его сетевой адрес.

Что же такое сети X.25? Для чего они нужны? На базе какого оборудования

и какой теории они строятся?

ПРОТОКОЛЫ СЕТЕЙ X.25

Сети X.25 получили свое название по имени рекомендации - "X.25", выпущенной МККТТ (Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии). Данная рекомендация описывает интерфейс доступа пользователя в сеть передачи данных и интерфейс взаимодействия с удаленным пользователем через сеть передачи данных.

Внутри же самой сети передача данных может происходить в соответствии с другими правилами. Ядро сети может быть построено и на более скоростных протоколах frame relay. Мы, однако, рассматривая вопросы построения сетей X.25 будем иметь в виду сети, передача данных внутри

которых производится также по протоколам, описанным в рекомендации X.25.

Именно таким образом и строится в настоящее время большинство корпоративных

сетей X.25 в России.

Первый вариант рекомендации был выпущен в 1976 году. За прошедшее время все стандарты были проверены практикой и при необходимости дополнены.

Сегодня достигнут достаточно высокий уровень совместимости оборудования, выпускаемого различными фирмами, как в рамках одной сети, так и разнообразных сетей X.25. Наибольшие проблемы в области совместимости возникают в тех случаях, когда надо управлять из одного центра узлами сети, построенными на базе оборудования разных фирм. Однако, благодаря установке на оборудовании X.25 агентов SNMP, и эта проблема в ближайшем будущем будет, видимо, решена.

Одновременно ведется работа по расширению возможностей протокола SNMP в части его соответствия задачам управления большими территориально-распределенными сетями.

Рекомендация X.25 описывает три уровня протоколов - физический, сетевой и уровень звена передачи данных.

Первый описывает уровни сигналов и логику взаимодействия в терминах физического интерфейса. Второй (протокол доступа к каналу/процедура сбалансированного доступа к каналу, LAP/LAPB), с теми или иными модификациями, достаточно широко представлен сейчас в оборудовании массового спроса - например в модемах - протоколами типа сетевого протокола MNP компании Microcom, отвечающими за коррекцию ошибок при передаче информации по каналу связи, а также в локальных сетях на уровне управления логическим каналом LLC.

Этот уровень протоколов отвечает за эффективную и надежную передачу данных по соединению "точка-точка", т.е. между соседними узлами сети X.25. Данным протоколом обеспечивается коррекция ошибок при передаче между соседними узлами и управление потоком данных (если принимающая сторона не готова к получению данных, она извещает об этом передающую сторону,

и та приостанавливает передачу). Кроме того, он определяет параметры, меняя значения которых, режим передачи можно оптимизировать по скорости в зависимости от протяженности канала между двумя точками (времени задержки в канале) и его качества (вероятности искажения информации при передаче).

Для реализации всех указанных выше функций в протоколах второго уровня вводится понятие "кадра" (frame). Кадром называется порция информации (битов), организованная определенным образом. Начинает кадр флаг, т.е. последовательность битов строго определенного вида, являющаяся разделителем между кадрами. Затем идет поле адреса, которое в случае двухточечного соединения представляет собой адрес А или адрес B. Далее следует поле типа кадра, указывающее на то, несет ли кадр в себе информацию или является чисто служебным (например тормозит поток информации или извещает передающую сторону о приеме/неприеме предыдущего кадра). В кадре имеется также поле номера кадра. Кадры нумеруются циклически. Это означает, что при достижении заданного порогового значения нумерация опять начинается с нуля. И наконец, заканчивается кадр контрольной последовательностью, подсчитываемой при передаче кадра по определенным правилам. По этой последовательности на приеме происходит проверка на предмет

искажения информации при передаче кадра. Длину кадра можно менять при настройке параметров протокола к физическим характеристикам линии. Чем короче кадр, тем меньше вероятность того, что он будет искажен при передаче. Однако если линия хорошего качества, то лучше работать с более длинными информационными кадрами, т.к. уменьшается процент избыточной информации, передаваемой по каналу (флаг, служебные поля кадра). Кроме того, число кадров, посылаемое передающей стороне без подтверждения от принимающей стороны, тоже можно менять. Данный параметр связан с так называемым "модулем нумерации", т.е. со значением порога, достигнув которого нумерация снова начинается с нуля. Это поле может быть задано равным в пределах от 8 (для тех каналов, задержка передачи информации в которых не слишком велика) до 128 (для спутниковых каналов, например, когда задержка при передаче информации по каналу велика).

И, наконец, третий уровень протоколов - сетевой. Он наиболее интересен в контексте обсуждения сетей X.25, так как их специфику, в первую очередь, определяет именно он.

Функционально данный протокол отвечает прежде всего за маршрутизацию в сети передачи данных X.25, т. е. за доведение информации от "точки входа" в сеть до "точки выхода" из нее. Со своей стороны протокол третьего уровня также структурирует информацию, иными словами, разбивает ее на "порции". На третьем уровне порция информации называется "пакетом" (packet). Структура пакета во многом аналогична структуре кадра. В пакете имеется свой модуль нумерации, собственные поля адреса, тип пакета, контрольная последовательность. При передаче пакет

помещается в поле данных информационных кадров (кадров второго уровня).

Функционально поля пакета отличаются от соответствующих полей кадра. Главным образом это касается поля адреса, которое в пакете состоит из 15 цифр; поле пакета должно обеспечивать идентификацию абонентов в рамках всех сетей пакетной коммутации по всему миру. Структуру сетевого адреса определяет рекомендация X.121.

Введя термин "пакет", можем перейти к следующему вопросу, а именно: как же происходит доставка информации от одного абонента до другого через сеть X.25? Для этого используется так называемый метод "коммутации пакетов" (packet switching), в связи с чем сети X.25 еще именуют сетями пакетной коммутации. Данный метод реализуется посредством установления между абонентами виртуальных, т.е. логических (в отличие от физических) соединений (virtual circuits). Для того чтобы передать информацию от абонента A к абоненту B, между ними прежде устанавливается виртуальное соединение, иначе - происходит обмен пакетами "запрос вызова" ("call

request") - "вызов принят" ("call accept"). Только после этого между двумя абонентами может производиться обмен информацией. Виртуальные соединения могут быть как постоянными (permanent), так и коммутируемыми (switched). Коммутируемое соединение, в отличие от постоянного виртуального соединения, устанавливается в каждом сеансе обмена информацией.

Тут можно привести прямые аналогии из области телефонии. Действительно, если вы имеете выделенный ("постоянный") телефонный канал между двумя абонентами, то не надо каждый раз набирать номер вашего абонента, - достаточно лишь снять трубку телефона.

Количество виртуальных соединений, одновременно поддерживаемых на базе одного физического канала, зависит от конкретного типа оборудования, используемого для обеспечения таких соединений. Что вполне понятно, т.к. для поддержки каждого соединения на этом оборудовании

должен резервироваться определенный ресурс (например оперативная память).

ПРЕИМУЩЕСТВА СЕТЕЙ X.25

Метод коммутации пакетов, лежащий в основе сетей X.25, определяет основные преимущества таких сетей или, другими словами, их область применения. В чем же это преимущество? Рассматриваемые сети позволяют в режиме реального времени разделять один и тот же физический канал нескольким абонентам, в отличие, например, от случая использования пары модемов, соединенных через канал того или иного типа. На самом деле, если у вас и вашего абонента

на компьютерах установлены модемы, вы можете обмениваться с ним информацией.

Однако используемой телефонной линией одновременно с вами не сможет воспользоваться

уже никто другой. Благодаря реализованному в сетях X.25 механизму разделения канала сразу

между несколькими пользователями, во многих случаях оказывается экономически выгодней производить оплату за каждый байт переданной или полученной информации, а не оплачивать время применения телефонной линии при передаче данных по сети X.25. Особенно ощутимо такое преимущество в случае международных соединений.

Рисунок 4.

Мультиплексирование канала в сетях X.25.

Метод разделения физического канала между абонентами в сетях X.25 называют еще мультиплексированием канала, точнее, "логическим" или "статистическим" мультиплексированием (Рис. 4). Термин "логическое мультиплексирование" вводится, чтобы отличить этот метод, например, от временного разделения канала. При временном разделении канала каждому из разделяющих его абонентов выделяется в каждую секунду строго определенное количество миллисекунд для передачи информации.

При статистическом разделении канала нет строго регламентированной степени загрузки каждым из абонентов канала в данный момент времени.

Эффективность использования статистического мультиплексирования зависит от статистических или вероятностных характеристик мультиплексируемого потока информации. Означает ли это, что вам, прежде чем подключаться к уже действующей сети X.25 или начинать создавать свою сеть, необходимо проводить детальный анализ вероятностных характеристик потоков информации, циркулирующих в вашей системе? Конечно, нет. Такие расчеты уже проведены. Накоплен большой

опыт использования сетей X.25. Известно, что использование сети X.25 эффективно для широкого спектра задач передачи данных. Среди них и обмен сообщениями между пользователями, и обращение большого количества пользователей к удаленной базе данных, а также к удаленному хосту электронной почты, связь локальных сетей (при скоростях обмена не более 512 Кбит/с), объединение удаленных кассовых аппаратов и банкоматов. Иными словами, все приложения, в которых трафик в сети не является равномерным во времени.

Какие еще преимущества дает сеть X.25? Может быть, одно из самых важных достоинств сетей, построенных на протоколах, описанных в рекомендации X.25, состоит в том, что они позволяют передавать данные по каналам телефонной сети общего пользования (выделенным и коммутируемым) оптимальным образом. Под "оптимальностью" имеется в виду достижение максимально возможных на указанных каналах скорости и достоверности передачи данных.

Эффективный механизм оптимизации процесса передачи информации через сети X.25 - это механизм альтернативной маршрутизации. Возможность задания помимо основного маршрута альтернативных, т.е. резервных, имеется в оборудовании X.25, производимом практически всеми фирмами. Различные образцы оборудования отличаются алгоритмами перехода к альтернативному маршруту, а также допустимым количеством таких маршрутов. В некоторых типах оборудования, например, переход к альтернативному маршруту происходит только в случае полного отказа

одного из звеньев основного маршрута. В других же переход от одного маршрута к другому происходит динамически в зависимости от загруженности маршрутов, и решение принимается на основании многопараметрической формулы (оборудование фирмы Motorola ISG, например). За счет альтернативной маршрутизации может быть значительно увеличена надежность работы сети, а это значит, что между любыми двумя точками подключения пользователя к сети должно быть, по крайней мере, два различных маршрута. В связи с этим построение сети по звездообразной схеме можно считать вырожденным случаем. Правда, там, где есть только один узел сети X.25, установленный в рамках той или иной сети общего пользования, такая топология сети все еще используется довольно часто.

ДОСТУП ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ К СЕТЯМ X.25. СБОРЩИКИ-РАЗБОРЩИКИ ПАКЕТОВ

Рассмотрим теперь, каким образом на практике реализуется доступ разных типов пользователей к сети X.25. Прежде всего, возможна организация доступа в пакетном режиме (рекомендации X.25). Для осуществления доступа с компьютера в сеть в пакетном режиме можно, например, установить в компьютер специальную плату, обеспечивающую обмен данными в соответствии со стандартом X.25. Для подключения локальной сети через сеть X.25 используются также платы компаний Microdyne, Newport Systems Solutions и др. Кроме того, доступ из локальной сети в сеть X.25 может быть организован еще и при помощи мостов/маршрутизаторов удаленного доступа, поддерживающих протокол X.25 и выполненных в виде автономных устройств. Преимущества таких устройств над встраиваемыми в компьютер платами, помимо большей производительности, заключается в том, что они не требуют установки специального программного обеспечения, а сопрягаются с локальной сетью по стандартному интерфейсу, что позволяет реализовать более гибкие и универсальные решения.

Вообще, подключение пользовательского оборудования к сети в пакетном режиме очень удобно, когда требуется многопользовательский доступ к этому оборудованию через сеть.

Если же вам надо подключить компьютер к сети в монопольном режиме, то тогда подключение производится по другим стандартам. Это стандарты X.3, X.28, X.29, определяющие функционирование специальных устройств доступа в сеть - сборщиков/разборщиков пакетов - СРП (packet assembler/dissasembler-PAD). На практике термин "СРП" малоупотребим, поэтому и мы в качестве русскоязычного воспользуемся термином "ПАД".

ПАДы используются для доступа в сеть абонентов при асинхронном режиме обмена информацией, т.е. через, например, последовательный порт компьютера (непосредственно или c применением модемов). ПАД обычно имеет несколько асинхронных портов и один синхронный (порт X.25). ПАД накапливает поступающие через асинхронные порты данные, упаковывает их в пакеты и передает черезпорт X.25 (Рис. 5).

Рисунок 5.

Пример сложной сети X.25 с подключением устройств различного типа:

от компьютеров до банковского терминального оборудования.

Конфигурируемые параметры ПАДа определяются выполняемыми задачами. Эти параметры описываются стандартом X.3. Совокупность параметров носит название "профайла" (profile); стандартный набор состоит из 22 параметров. Функциональное назначение данных параметров одинаково для всех ПАДов. В профайл входят параметры, задающие скорость обмена по асинхронному порту, параметры, характерные для текстовых редакторов (символ удаления знака

и строки, символ вывода на экран предыдущей строки и т.п.), параметры, включающие режим автоматической добивки строки незначащими символами (для синхронизации с медленными терминалами), а также параметр, определяющий условие, при выполнении которого формирование пакета заканчивается.

УЗЛЫ СЕТИ X.25. ЦЕНТРЫ КОММУТАЦИИ ПАКЕТОВ

Параметры, описывающие канал X.25, являются немаловажными и для узловых элементов собственно сети X.25, называемых Центрами Коммутации Пакетов - ЦКП (или коммутатор пакетов, packet switch), однако ими список параметров ЦКП, конечно, не исчерпывается. В процессе конфигурации ЦКП обязательно требуется заполнить таблицу маршрутизации (routing table), позволяющую определить, на какой из портов ЦКП направляются поступившие в них пакеты

в зависимости от адресов, содержащихся в этих пакетах. В таблице задаются как основные, так и альтернативные маршруты. Кроме того, важная функция некоторых ЦКП - это функция стыковки сетей (шлюза между сетями).

Действительно, в мире существует великое множество сетей X.25 и общего пользования, и частных, или иначе - корпоративных, ведомственных. Естественно, в различных сетях могут быть установлены разные значения параметров передачи по каналам X.25 (длина кадра и пакета, величины пакетов, система адресования и т.д.). Для того чтобы все эти сети могли стыковаться друг с другом, была разработана рекомендация X.75, определяющая правила согласования параметров

при переходе из сети в сеть. Сопряжение вашей и соседних сетей рекомендуется производить через ЦКП, в котором с достаточной полнотой реализована поддержка шлюзовых функций, - такой ЦКП, например, должен уметь "транслировать" адреса при переходе из одной сети в другую. Эта функция обычно реализуется с помощью конфигурации специальной таблицы трансляции адресов в шлюзовом ЦКП. Для ЦКП, несопрягающихся с узлами другой сети пакетной коммутации, наличие шлюзовых функций не является обязательным.

При всех достоинствах сетевой технологии, базирующейся на протоколе X.25, у нее есть и свои ограничения. Одно из них - невозможность передавать по сетям X.25 такие виды информации, как голос и видео. Указанные ограничения преодолеваются в технологии, базирующейся на протоколе frame relay.

Литература

1) http://www.osp.ru/ - Открытые системы

18