PDH, SDH, PPP, SLIP. Удаленный доступ

Технологии глобальных
сетей
Технологии глобальных сетей
•IP
Магистраль сети
S
•X.25
S
Цифровые
в ыделенные линии
NNI
Коммутаторы
пакетов
S
•Frame Relay
•ATM
•IP over XXX
S
UNI
Абоненты сети:
- компьютеры
-локальные сети
MUX
K
R
PBX
R
- DCE
•Коммутаторы
связаны глобальными каналами длиной сотни – тысячи
S - коммутатор
км, промежуточные
усилители сигналов
R - router, маршрутизатор
MUX - multiplexor, мультиплексор голос - данные
•Абоненты подключаются
индивидуальными каналами – нет метода
K - компьютер
доступа
PBX - офисная АТС
UNI - User-Network Interface, интерфейс пользователь-сеть
•Техника виртуальных
каналов – контроль над путями следования
трафика NNI - Network-Network Interface, интерфейс сеть-сеть
Транспортные сервисы глобальных сетей
Магистраль и сети доступа
Телефонная
сеть
Магистраль
Удаленные пользователи
2 - 622
Мбит/с
Периферийная
сеть
(сеть региона)
Локальная
сеть крупного
отделения
frame
relay
Канал доступа
64 - 2 Мбит/с
CPE
Локальная
сеть средних
размеров
Арендуемые элементы глобальной
сети предприятия
А) выделенный канал
Б) сеть на выделенных каналах
В) сеть с коммутацией пакетов
Г) коммутируемые каналы
Типы выделенных каналов
Аналоговые телефонные линии:
тональной частоты (300 Гц - 3400 Гц)
широкополосные (60 Кгц - 108 Кгц, полоса 48 КГц)
ненагруженные (без аппаратуры коммутации) xDSL
Цифровые одноканальные линии 56/64 Кб/с
Цифровые многоканальные TDM линии:
 Т1, fractional T1 (1.544 Мб/с, n*64 Кб/с)
Т3 (44 Мб/с)
Е1 (2.048 Мб/с)
Е3 (34 Мб/с)
PDH, интерфейс G.703
STM-1 (155 Мбит/с)
STM-4 (622 Мбит/с)
STM-16 (2,5 Гбит/с)
STM-64 (10 Гбит/с)
SDH
Подключение маршрутизатора к
цифровому каналу
Маршрутизатор,
мост, компьютер
(DTE)
Устройства обслуживания
данных и канала
Интерфейсы RS-232,
RS-449, V.35
DSU
СSU
Мультиплексор
TDM
Цифровой канал
с интерфейсом
G.703
Объединение сетей по выделенному
каналу
Интерфейс G.703
Мост или
маршрутизатор 1
DSU/
CSU
Интерфейс RS-449
Сеть 1
IP= 201.20.23.128
255.255.255.192
Первичная цифровая
сеть
DSU/
CSU
Мост или
маршрути
затор 2
IP= 201.20.23.64
255.255.255.252
или ненумерованная
Сеть 2
IP= 201.20.23.0
255.255.255.192
Аренда
каналов SDH
Ì 2
ÀÒÑ
3
Ì 3-Ì 2
Ì 1-Ì 2
М3
Ì 3
Ì 1
М4-М3
Ì 4-Ì 2
ÀÒÑ
2
ÀÒÑ1
- ÀÒÑ2
АТС1-АТС2
ÀÒÑ1 - ÀÒÑ3
М4
Ì 4
АТС1
ÀÒÑ
1
АТС1
Иерархия скороcтей SDH
SONET
Скорость
STS-1, OC-1
51,84 Мбит/с
STM-1
STS-3, OC-3
155,520 Мбит/с
STM-3
OC-9
466,560 Мбит/с
STM-4
OC-12
622,080 Мбит/с
STM-6
OC-18
933,120 Мбит/с
STM-8
OC-24
1,244 Гбит/с
STM-12
OC-36
1,866 Гбит/с
STM-16
OC-48
2,488 Гбит/с
STM-64
OC-192
9,953 Гбит/с
STM-256
OC-768
39,81 Гбит/c
SDH
Структура сети SDH
Порты
вводавывода
Трибы PDH
Трибы SDH
Агрегатные
порты
Схема мультиплексирования потоков PDH в кадры SDH
x1
STM-N
xN
AUG
AU-4
VC-4
x3
C-4
140 Мбит/c
C-3
45/34 Мбит/c
x3
TUG-3
AU-3
x1
TU-3
VC-3
VC-3
x7
x7
x1
TUG-2
6 Мбит/c
TU-2
VC-2
C-2
TU-12
VC-12
C-12
2 Мбит/c
TU-11
VC-11
C-11
1,5 Мбит/c
x3
x4
Формат кадра STS-1
Использование указателей для вставки асинхронных
относительно друг друга потоков в синхронные кадры
Типовые топологии сетей SDH
Соединения
Рис. 3. Кольцо
Типовые топологии сетей SDH
Рис. 4а. Цепь
Рис. 4б. Плоское
кольцо
Типовые топологии сетей SDH
Рис. 5. Ячеистая
топология
Отказоустойчивость SDH
Двойное кольцо
SONET/SDH
622 Мб/с
Коммутаторы городского
оператора
Соединения “точка-точка”
SONET/SDH
622 Мб/с
Сеть SONET/SDH
масштаба
стр аны
Соединения “точка-точка”
SONET/SDH
155 Мб/с
Точка
объединения
путей – выбор
одного из двух
сигналов
Защитный путь
ADM4
ADM5
VC-4
T3
A1
A2
A1
A2
ADM1
Рабочий путь
Точка
разветвления
путей
STM-16
ADM2
T2
VC-4
Рис. 9. Защита SNC-P
ADM3
Защита в разделяемом кольце MS-SPRing
16 защищенных соединений VC-4,
распределение трафика – «звезда» с центром в точке А
А
Протоколы точка-точка
(Point-to-Point)
для работы
по выделенным каналам
SLIP, HDLC, PPP
Протоколы "точка-точка"
Протокол SLIP (Serial Line IP) - очень простая схема кадрирования, невысокая
надежность
Протокол HDLC (High-level Data Link Control)

Сложный протокол, работающий
соединения и скользящего окна
на
основе
алгоритмов
установления

Он использует 12 различных типов кадров и обеспечивает снижение
вероятности искажения бита с 10-3 до 10-9.

Обеспечивается управление потоком данных за счет механизма окна и
специальных кадров, приостанавливающих на время передачу данных от
источника

Протокол рассчитан на полнодуплексные соединения

В семейство HDLC входят протоколы LAP-B, LAP-D и LAP-M, используемые в
сетях Х.25, ISDN и в модемах соответственно
Протокол PPP (Point-to-Point Protocol) - разработан группой Internet Engineering
Task Forse взамен устаревшего протокола SLIP

Протокол PPP стал фактическим стандартом для глобальных линий связи на
выделенных каналах корпоративной сети

Протокол РРР первоначально использовал формат кадров HDLC и дополнил их
собственными полями - поля протокола PPP вложены в поле данных кадра
HDLC
Протокол LAP-B:
Структура кадра LAP-B
Флаг
Управление на
уровне канала
Данные
(кадр X.25)
Адрес
Управление
Циклический код
(CRC)
Флаг
01111110
1
ООД :11000000
Комм.:10000000
2
3
4
5
6
7
8
N(S)
P/F
N(R)
Информационный
кадр
10
S
P/F
N(R)
Супервизорный
кадр
11
M
P/F
M
Ненумерованный
кадр
0
N(S), N(R) - номера кадров по модулю 8 или 128
Типы кадров LAP-B
(1) Информационный - данные Х.25
Супервизорные
(2) Готовность к приему
(3) Неготовность к приему
(4) Отказ
(5) Селективный отказ
Ненумерованные
(6) Установить режим нормальных ответов
(7) Установить режим асинхронных ответов
(8) Разъединить
(9) Запрос передачи
(10)Сброс
(11)Отказ от кадра
(12)Подтверждение
Протокол последовательного канала SLIP

SLIP (Serial Line IP) - позволяет устройствам, соединенным
последовательной линией связи, работать по протоколам
TCP/IP

В 1984 г. был встроен в операционную систему 4.2 Berkley
Unix

Дает возможность подключаться к сети Internet посредством
стандартного порта RS232

Выполняет работу по выделению из последовательности
передаваемых по последовательному каналу бит границ
пакета IP

Большинство реализаций протокола SLIP поддерживают
спецификацию Compressed SLIP (CSLIP)
Пакет IP
DB
C
C
Начало пакета
DB
DC
Пакет SLIP
DB
DD
C
Конец пакета
Ограничения протокола SLIP
 размер инкапсулируемого пакета IP не должен превышать 1006
байтов
 нет механизмов, дающих возможность обмениваться адресной
информацией. Это ограничение не позволяет использовать SLIP
для некоторых видов сетевого сервиса
 можно передавать трафик лишь одного сетевого протокола
 не предусмотрены процедуры обнаружения и коррекции ошибок
Протокол PPP (Point-to-Point Protocol)
Основное назначение - организация одновременной передачи
по одному логическому каналу "точка-точка" нескольких
протоколов сетевого уровня
Поддерживаются протоколы:








AppleTalk
DECnet phase IV
IPX
IP
OSI
XNS
Banyan VINES
NetBEUI (проект стандарта)
РРР может использоваться для инкапсуляции других
протоколов канального уровня, например, Ethernet, для их
обработки по алгоритму моста
Компоненты протокола PPP
network
network
data link
NCP
physical
LCP
data link
physical
 При установлении сессии сначала работает протокол
LCP, а затем протокол NCP
 Протокол LCP организует переговорный процесс о пара-
метрах канала, например, о максимальном размере кадра.
Протокол LCP также и завершает РРР-соединение между
узлами
 Протокол NCP позволяет договориться о том:
какие сетевые протоколы будут передаваться в данной
сессии РРР
 каковы из параметры, например, IP-адрес клиента

 LCP после открытия сессии работает все время в фоно-
вом режиме до завершения связи
 При организации сессии с помощью протокола LCP сто-
роны могут договориться об использовании некоторых
необязательных протоколов:
 протокола Link Quality Monitoring (LQM), который используется для слежения за качеством канала связи
 протокола аутентификации Password Authentication
Protocol (PAP)
аутентификации Challenge Handshake
 протокола
Authentication Protocol (CHAP)
Фазы работы протокола РРР
Router Y
Router X
Dead Phase
Establish Phase (LCP)
Configure Request
Configure ACK
Authentication Protocol (optional)
Authenticate Phase
(PAP or CHAP)
Network Phase
(NCP)
Authentication Protocol (optional)
Configure Request (IP)
Configure ACK (IP)
Configure Request IP Address
Configure Request ACK IP Address
Data Exchange
Data Exchange Mode
Terminate Phase
(LCP)
Terminate Request
Terminate ACK
(Init)
Базовый формат кадра РРР
RFC1549 "PPP in HDLC Framing"
Flag
(7E)
Address
(FF)
Control
(03)
Protocol
Information
FCS
Flag
(7E)
Data
Указывает тип передаваемых данных : LCP, NCP, или
протокол сетевого уровня:
Cxxx = LCP
8xxx = NCP
0xxx = Протокол сетевого уровня
Структура пакета протокола LCP
Flag
(7E)
Address
(FF)
Control
(03)
CXXX
(LCP)
Information
Code
Identifier
Указывает тип
LCP сообщения:
Config Req (code=1)
Config Ack (code=2)
Config Nak (code=3)
Config Rej (code=4)
Flag
(7E)
FCS
Length
Data
Длина LCP пакета
(code, ID, и data)
Ставит в
соответствие LCP
запросы и ответы
Примеры LCP пакетов, соответствующие различным кодам сообщений:

Configure Request (code=1)
Открытие соединения
 Обмен параметрами конфигурации
 Прием оговоренных параметров от другой стороны


Configure Ack (code=2)
Ответ на запрос Configure Request
 Указание на то, что значения параметров, полученных в Configure Request
корректны
 Сигнализирует, что канал должен быть открыт по прибытию пакета


Configure Nak (code=3)


Показывает, что значения параметров неприемлемы
Configure Reject (code=4)
Указывает, что некоторые из параметров неприемлемы
 Шлет новый пакет Configure Request, не содержащий неприемлемые параметры, найденные в отвергнутом пакете

Поле Identifier идентифицирует LCP- запросы и LCP-ответы, помечая
ответ на определенный запрос тем же идентификатором, что и запрос
Согласование параметров канала
с помощью протокола LCP
Flag
(7E)
Address
(FF)
CXXX
(LCP)
Control
(03)
Code
(1or 2)
Type
Information
Identifier
Length
Value
параметр 1
У LCP восемь параметров конфигурации
Length
Type
FCS
Data
Length
параметр 2
Value
Flag
(7E)
Типы согласуемых по LCP параметров
Параметр
Описание
Тип
Длина
Значение
Maximum
Receive Unit
Для согласования максимальных
размеров пакетов (только для одного направления).
1
4
По умолчанию = 1500
Async-Control
Character-Map
Согласует использование управляющих символов для асинхронных линий.
2
6
По умолчанию = FFFFFFFF
AuthenticationProtocol
Используется для соглашения о
используемом протоколе аутентификации. В некоторых реализациях
допускается использование более
одного протокола аутентификации.
3
>=4
C023 = Password Authentication
Protocol
C223
=
Challenge/Response
Authentication Protocol
Quality-Protocol
Определяет, когда и как часто в
канале теряются данные
4
>=4
По
умолчанию
=
C025 = Link Quality Report
Magic-Number
Для определения закольцованного
канала и других аномалий на канальном уровне.
5
6
По умолчанию = нет
Protocol-FieldCompressed
Согласует протокол
втором уровне.
на
7
2
По умолчанию = Запрещено
Address-andControl
FieldCompressed
Согласует сжатие полей address и
control (имеющих фиксированные
значения 03 и FF).
8
2
По умолчанию = Не сжимать
FCS-Alternatives
Согласует длину поля контрольной
суммы (32 или 16 бит).
9
2
По умолчанию = 16-бит FCS
RESERVED
сжатия
нет
Пример диалога между двумя узлами по протоколу
LCP:
DLC:
is 18
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
Frame 12 arrived at
(0012 hex) bytes
DLC:
is 18
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
Frame 13 arrived at
(0012 hex) bytes
11:59:42.4901; frame size
Protocol = C021 (Link Control)
Code = 01 (Configure Request)
Identifier = 1
Length = 14 bytes
Type = 01 (Maximum Receive Unit)
Length = 4 bytes
Value = 1594 bytes
Type = 05 (Magic Number)
Length = 6 bytes
Value = 129D7DC8
11:59:42.5031; frame size
Protocol = C021 (Link Control)
Code = 02 (Configure Ack)
Identifier = 1
Length = 14 bytes
Type = 01 (Maximum Receive Unit)
Length = 4 bytes
Value = 1594 bytes
Type = 05 (Magic Number)
Length = 6 bytes
Value = 129D7DC8
Протокол NCP






Переговорный процесс, проводимый NCP, определяет, пакеты
каких протоколов сетевого уровня будут передаваться в пакетах
РРР в рамках данной сессии
Для
каждого
протокола
сетевого
уровня,
который
поддерживается NCP, существует соответствующий стандарт
RFC, определяющий способ инкапсуляции его пакетов в РРР
пакет, а также параметры, подлежащие принятию в результате
переговоров
Например, для протокола IP существует спецификация RFC1332
"The PPP Internet Protocol Control Protocol (IPCP)"
Аналогичные спецификации имеются для протоколов IPX
(IPXCP), DECnet (DNCP) и других
Отдельного протокола NCP не существует, а имеется семейство
NCP-протоколов, по одному для каждого протокола сетевого
уровня
Протоколы семейства NCP используют тот же формат кадра, что
и протокол LCP
Формат кадра протокола NCP:
Flag
(7E)
Address
(FF)
Control
(03)
Protocol
(8XXX)
Указывает на тип NCP:
8021 - IP
8029 - AT
8025 - XNS, VINES
8031 - Bridge
8027 - DECnet
8023 - OSI
Information
Data
FCS
Flag
(7E)
Пример процедуры согласования
параметров протокола IP с помощью протокола IPCP
Согласуется IP-адрес
DLC:
(000E
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
Frame 34 arrived at
hex) bytes
DLC:
(000E
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
PPP:
Frame 35 arrived at
hex) bytes
12:00:09.4456; frame size is 14
Protocol = 8021 (Internet Protocol Control)
Code = 01 (Configure Request)
Identifier = 9
Length = 10 bytes
Type = 03 (IP Address)
Length = 6 bytes
IP address = [200.5.5.1]
12:00:09.4626; frame size is 14
Protocol = 8021 (Internet Protocol Control)
Code = 02 (Configure Ack)
Identifier = 9
Length = 10 bytes
Type = 03 (IP Address)
Length = 6 bytes
IP address = [200.5.5.1]
Удаленный доступ
Общая схема
В Internet
R
R
Центральная сеть
предприятия
Firewall
RAS
RAS  сервер удаленного
доступа
R  маршрутизатор
M  модем
м
м
....
м
2
АНАЛОГОВАЯ
ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ
3
ИЛИ
ISDN
Мобильный
пользователь
4
м
м
м
Домашний
пользователь
м
1
Пользователь
за алфавитноцифровым
терминалом
R
Небольшой
офис
Использование промежуточной сети провайдера
Интернет (ISP)
R
Центральная сеть
предприятия
R
Выделенный канал
R
Сеть с коммутацией пакетов
(X.25, frame relay, Internet)
3
Сеть класса ROBO
RAS
м
RAS  сервер удаленного
доступа
R  маршрутизатор
M  модем
м
R
м
R
ТЕЛЕФОННАЯ
СЕТЬ
2
1
1
1
м
м
R
м
м
Сеть класса SOHO
Модемы для коммутируемых каналов
Стандарты на метод и скорость передачи:
•V.22 bis - дуплексная передача данных на скорости 1.2 Кб/с и 2.4
Кб/с;
•V.27ter - полудуплексная синхронная передача на скорости 4.8 Кб/с;
•V.32 - дуплексная передача на скорости 4.8 Кб/с и 9.6 Кб/с;
•V.32 bis - дуплексная передача на скорости до 14.4 Кб/с
•V.34 - дуплексная передача на скорости до 28.8 Кб/с
•V.34+ - дуплексная передача на скорости до 33.6 Кб/c
•V. 90 – передача на скорости до 33.6 Кб/с и прием – до 56 К
Стандарт V.34+ усовершенствовал метод кодирования - 9.8 бит на символ вместо 8.4
у V.34
¨
Стандарты на метод исправления ошибок
Протокол MNP (Microcom Networking Protocol) классов 2-4
Протокол LAP-M (Link Access Protocol for Modems)
Протокол ITU-T V.42 объединил два предыдущих. Похож на протоколы HDLC
¨

Стандарты на компрессию данных
протокол V.42bis
Цифровые сети с интегрированными
услугами
(Integrated Services Data Network, ISDN)
Цели сетей ISDN:
¨
Обеспечить всемирную единообразную цифровую сеть, которая
поддерживает широкий диапазон услуг (речь, данные, телевизионные
сигналы, факсы и т.п. в цифровой форме)
¨
Обеспечить единый набор стандартов для цифровых передач в сетях
- цифровые сети 56/64 Кб/с и Т1/Е1 в различных странах используют
разные стандарты
¨
Обеспечить стандартный интерфейс пользователя
¨
Обеспечить независимость программного обеспечения от
реализации цифровой сети
Сервисы ISDN
Функции по
установлению
соединения
Некоммутируемые
средства
ТО
Связь
пользовательсеть
Ф
У
С
Коммутируемая
телефонная сеть
общего пользования
Сеть передачи
данных с коммутацией
каналов
Сеть передачи
данных с коммутацией
пакетов
Связь
пользовательпользователь
Ф
У
С
ТО
Интерфейсы ISDN
¨
Начальный (Basic Rate Interface, BRI):
2 канала типа В по 64 Кб/с (пользовательские данные) и канал
передачи управляющей информации типа D - 16 Кб/с
¨
Основной (Primary Rate Interface, PRI):
30 (23) каналов типа В, = 2 (1.544) Мб/с
1 канал типа D (64 Кб/с)
Физический уровень - стандарт I.430 МККТТ
Канальный уровень - стандарт LAP-D (I.441, Q.921)
Сетевой уровень - стандарт I.451 (Q.931)
Структура сети ISDN
Коммут ация каналов для передачи пользовательских
данных и коммутации пакетов для передачи
служебной
TE/TA
I.450/1
I.440/1
I.430/1
3
2
1
TE/TA
Прикл.
.
.
.
4
3
2
1
Сеть с
коммутацией
каналов
Прикл.
.
.
.
4
3
2
1
Сеть ISDN
Каналы В
Канал D
Сеть с
коммутацией
пакетов – SS7
NTE
3
2
1
I.450/1
I.440/1
I.430/1
3
2
1
Сигнальная
сеть
3
2
1
I.450/1
I.440/1
I.430/1
Подключение абонентского оборудования
ISDN
Оборудование абонента
М естная
линия
ТE1
NT2
NT1
АТС
до 590 м
4 провода
ТE2
ТА
R
до 3000 м 2 провода
S
до 8 T E
T
U
U
Схема доступа xDSL
ATC
ATC
м
ATC
Канал с полосой
3100 Гц
м
а) Обычные модемы работают через промежуточные АТС
R
R
ATC
ATC
ADLS
ATC
ADLS
до 8 Мб/c
до 1 Мб/c
ADLS
ADLS
голос
Скорость
передачи (МБ/с)
Область применения xDSL технологий
25
VDSL
Оптические системы передачи
ADSL 6 M
2.5
T1
VHDSL
ADSL 1.5 M
—Теоретический предел для
медных линий
HDSL
0.25
ISDN
xDSL
DDS
Традиционные системы передачи данных
Расстояние (км)
1,7
3,4
5,1
6,8
HDSL (2 пары), SDSL (1 пара) - корпоративный доступ - симметричное деление
полосы: 2 Мбит/с в обе стороны
ADSL (1 пара) - индивидуальный доступ, асимметричное деление полосы, 20
КГц оставлено для телефона (мультиплексирование – сплиттер)
8,5