Сети с техникой виртуальных каналов: X.25 Frame Relay ATM Коммутация в глобальных сетях - техника виртуальных каналов 1 этап – установление виртуального канала функциями 3-го уровня (X.25 в сетях X.25, Q.2931 в АТМ, Q.933 в FR) Новый виртуальный канал 103 Порт 2 101 101 Порт 2 103 102 101 Порт 1 Пакет Setup 106 Адрес назначения Порт 1324567 3 23453 132456781122 103 Порт 4 108 132456781122 Таблица маршрутизации 2 Порт 3 Порт 3 106 Порт 1 102 102 102 101 Адрес узла 132456781122 Таблица коммутации Входная метка Входной порт Выходная метка Выходной порт 102 1 106 3 106 3 102 1 Коммутация в глобальных сетях - техника виртуальных каналов 101 103 Порт 2 101 Кадр Порт 2 103 102 101 102 102 Порт106 Порт 3 1 Порт 1 Порт 4 Порт 3 103 Порт 4 108 DLCI Виртуальный канал 101 Коммутация в глобальных сетях - техника виртуальных каналов 102 103 Порт 2 101 101 Порт 2 103 102 101 102 Порт 1 1 102 К1 3 Порт 4 Порт106 Порт 3 1 К2 103 Порт 4 106 102 Порт 3 108 101 Таблица коммутации К1 2 Входная метка Входной порт Выходная метка Выходной порт 102 1 106 3 106 3 102 1 108 Port-in … DLCI-in … Port-out … DLCI-out … Сети X.25 Стандарт Х.25 “Интерфейс между оконечным оборудованием данных и аппаратурой передачи данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в сетях передачи данных общего пользования”. Первый проект стандарта - 1974 год (опыт сетей Datapac, Tymnet и Telenet). Проект пересматривался МККТТ в 1976, 1978 и 1984 гг. ¨ Асинхронный трафик терминалов преобразуется в пакеты, в которых биты передаются синхронно ¨ Большое внимание уделено процедурам контроля ошибок и подтверждения достоверности передачи ¨ Три уровня протоколов: физический: Х.21 и Х.21bis (RS-232, RS-422, V.35) канальный: LAP-B (подмножество HDLC) сетевой: Х.25/3 ¨ Не определены алгоритмы маршрутизации ¨ Адресация - стандарт Х.121 ZXXX XX...XX - всего 14 цифр (Z=2,3,...,7 X=0,1,...,9) Архитектура сетей X.25 X.25 X.25 X.25 ЭВМ X.29 ЦКП ЭВМ X.29 X.25 X.25 X.25 ЦКП Центр коммутации пакетов X.25 X.25 ЦКП X.25 X.25 ПАД X.3 Встроенный ПАД X.28 X.28 X.28 Т Т Т Каждый терминал в различном удаленном месте X.25 X.25 X.25 ЦКП ЦКП X.25 X.25 X.25 Асинхронные терминалы Удаленный X.28 ПАД ПАД Т X.3 X.28 X.28 Т X.28 Т Т Все терминалы в одном месте Протоколы сетей Х.25 Компьютер Компьютер Коммутатор Коммутатор 4 4 X.25 X.25 3 3 LAP-B 2 X.21 1 X.25 2 3 LAP-B 2 X.21 X.21 1 1 2 3 LAP-B 2 X.21 X.21 1 2 X.21 1 1 Switched Virtual Channel, SVC – коммутируемый виртуальный канал Permanent Virtual Channel, PVC – постоянный виртуальный канал Сети Frame Relay Стандарт МККТТ комитета I.122 - Q.921 (ANSI комитет Т1.606) Frame Relay - побочный продукт ISDN, использует скорости канала Т-1 или Е1 (1.544 Мб/с или 2.048 Мб/с) для асинхронной передачи пакетов Стандарт Frame Relay имеет 2 версии: ¨ версия 1 - только постоянные виртуальные каналы(PVC) ¨ версия 2 - плюс коммутируемые виртуальные каналы (SVC) Стек X.25 X.25 Стек Frame Relay Q.933 LAP-B Q.921 Физический уровень Физический уровень доставка best effort!!! Качество обслуживания в сетях FR А Доступ Т1 CIR = 128 Кб/с CBS = 256Кб В Доступ Т1 CIR = 64 Кб/с CBS = 256Кб С Доступ Т1 CIR = 64 Кб/с CBS = 256Кб CIR = 64 Кб/с CBS = 1024Кб D CIR = 128 Кб/с CBS = 1024Кб Доступ Т1 Доступ Т1 E Параметры заказа сервиса виртуального канала: CIR (Committed Information Rate) - средняя скорость в бит/с, с которой сеть согласна передавать данные пользователя CBS (Committed Burst Size) - максимальное количество бит, которое сеть согласна передать за интервал времени Т Пульсация (Burst) T1 -> C = 0 T2 -> C = Cпрот. Пакет от M1 до M2 байт Tlong -> C = Cсредн. Трафик Variable Bit Rate Скорость меняется от 0 до Cпротокола Пульсация - период T2 Измеряется в: Сек - длительность пульсации Байтах (burst size) - объем данных в импульсе Коэффициент пульсации = С прот. /С средн. Примеры: передача файлов, компрессированные голос и видео Параметры QoS по пропускной способности сети Средняя скорость на длительном периоде - Commited Information Rate у frame relay - Sustained Cell Rate у ATM Максимальная скорость всплеска (пульсации) - Peak Cell Rate у ATM Максимальный объем пульсации - Bc (Burst commited) у frame relay - Maximum Burst Size (MBS) у АТМ Максимальное время пульсации - T пульсации у frame relay - Burst Tolerance (BT) у АТМ Взаимосвязь параметров пульсации Frame relay Bc = CIR x T Bc CIR T Характеристика приложений задержкам передачи данных Терпимость задержкам Высокая Низкая к в терминах чувствительности Тип доставки Описание Пример Асинхронный Нет ограничений на время доставки («Эластичный») Электронная почта Синхронный Данные чувствительны к задержкам, но допускают их Компрессированный голос Интерактивный Задержки могут быть замечены пользователями, но они не сказываются негативно на функциональности приложений. Редактирование удаленного файла Изохронный Имеется порог чувствительности к задержкам, при превышении которого снижается функциональность приложения Некомпрессированные голос или видео Критически важный Задержка доставки данных сводит к нулю функциональность. Управление технологическим объектом к Параметры QoS по задержкам: - средняя задержка (delay) Только АТМ ! - вариация задержки (jitter) Задержка1 Задержка 2 Delay = S(ti)/N – математическое ожидание Jitter = 1/N S(ti -delay)2 -коэффициент вариации Чувствительность приложений к потерям данных •Чувствительные к потерям приложения Передача дискретных данных - текст, числа, неподвижные изображения при потере пакета данные становятся частично или полностью обесцененными - необходима повторная передача •Устойчивые к потерям приложения Передача аналоговой информации - голос,видео инерционность процессов позволяет при небольшом проценте потерь восстановить потерянные данные по соседним Параметры QoS по уровню потерь данных Процент потерянных пакетов (кадров, ячеек) - Cell Lost Ratio в АТМ Процент искаженных кадров Принципы работы АТМ (термин введен Bell Labs в 1968 году) Сеть АТМ состоит из конечных станций и коммутаторов, которые передают между конечными станциями пакеты (cell) фиксированной длины - 53 байта. Стандарты АТМ разрабатываются организацией АТМ Forum Цели технологии АТМ: ¨ одновременная передача различных типов данных (голос, видео, данные компьютеров и ЛВС) ¨ предоставление пропускной способности по требованию ¨ использование одной и той же технологии как для локальных, так и для глобальных сетей Сложность совмещения компьютерного и мультимедийного трафика Компьютерный трафик Речевой трафик Решение - использование маленьких пакетов фиксированного размера Размер пакета при определенной скорости передачи гарантирует максимальную величину задержки для приоритетного пакета Гарантия качества обслуживания - договорная процедура на обслуживание, заключаемая между конечным узлом и сетью Стек протоколов АТМ Верхние уровни сети Уровни адаптации ATM (AAL1-5) Подуровень конвергенции (CS) Общая часть подуровня конвергенции Специфическая для сервиса часть Подуровень сегментации и реассемблирования (SAR) Уровень ATM (маршрутизация пакетов, мультиплексирование, управление потоком, обработка приоритетов) Физический уровень Подуровень согласования передачи Подуровень, зависящий от физической среды Распределение протоколов АТМ по узлам сети Конечный узел АТМ Конечный узел АТМ Прикладной уровень Прикладной уровень TCP/IP, IPX, APPN TCP/IP, IPX, APPN AAL1-5 Коммутатор АТМ/ Коммутатор АТМ ATM ATM ATM PHY AAL1-5 PHY PHY ATM PHY PHY PHY Формат кадра АТМ 8 7 6 Биты 5 Управление потоком (GFC) 5 байт заголовка 4 3 2 1 Идентификатор виртуального 1 пути(VPI) Идентификатор виртуального Идентификатор виртуального пути (продолжение) канала (VCI) Идентификатор виртуального канала (продолжение) Идентификатор виртуального канала (продолжение) Тип данных (PTI) Приоритет потери пакета Управление ошибками в заголовке (HEC) Данные пакета 2 Байты 3 4 5 6 53 Значение идентификаторов VPI и VCI устанавливаются для виртуального соединения двух конечных станций: ¨ постоянно, администратором: Permanent Virtual Circuit временно (динамическая коммутация): Switched Virtual Circuit Классы сервиса в сетях АТМ Класс сервиса Гарантии пропускной способности Гарантии изменения задержки Обратная связь при переполнении CBR + + - VBRrt + + - UBR - - - ABR + + + Рациональное использование каналов в АТМ Локальная сеть, обрабатывающая транзакции Локальная сеть, обрабатывающая транзакции Канал АТМ 155 М б/с АТМ коммутатор М ейнфрейм с пакетным режимом Станции, обеспечивающие видеоконференцию Трафик ABR (5 М б/c) Трафик VBR (до 100 М б/c) Трафик CBR (51 М б/c) АТМ коммутатор М ейнфрейм с пакетным режимом Станции, обеспечивающие видеоконференцию Маршрутизаторы Функциональная схема Уровень протоколов маршрутизации Создание и ведение таблиц маршрутизации Ведение очередей пакетов Отбрасывание плохих пакетов Фильтрация пакетов Анализ и модификация полей сетевого заголовка Отбрасывание заголовка кадра, извлечение и передача пакета сетевому уровню Получение с сетевого уровня пакета, адреса следующего маршрутизатора Определение маршрута по таблице маршрутизации Преобразование сетевого адреса следующего маршрутизатора в локальный адрес - ARP Прием и распределение кадров по портам LLC-подуровень 802.3 MAC 802.3 10Base-T Порт 1 Ethernet 10Base-2 Порт 2 Ethernet 802.5 LAP-B LAP-F LAP-D UTP V.35 Порт 3 Token Ring Порт 4 V.35 X.25, frame relay, ISDN Уровень сетевых протоколов Уровень интерфейсов Характеристики маршрутизаторов ¨ Поддерживаемые сетевые протоколы: IP, CONS и CLNS OSI, IPX, AppleTalk, DECnet, Banyan VINES, Xerox XNS ¨ Поддерживаемые протоколы маршрутизации: IP RIP, IPX RIP, NLSP, OSPF, IS-IS OSI, EGP, BGP, VINES RTP, AppleTalk RTMP ¨ Поддерживаемые интерфейсов локальных и глобальных сетей для локальных сетей Etheret, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN и ATM для глобальных сетей * физические интерфейсы последовательных линий (serial RS-232, Rs-449/422, RS-530, V.35, HSSI, T1, G.703(E1), T3/E3, SONET/SDH lines): * протоколы HDLC, PPP, X.25, frame relay, ISDN, АТМ ¨ Общая производительность маршрутизатора, измеряемая в пакетах в секунду (обычно дается для пакетов Ethernet 64 байта) Диапазон: от 5000 п/с до миллионов п/с ¨ Внутренняя организация и конструктивное исполнение Мультипроцессорные архитектуры (симметричные и ассиметричные) Модульное исполнение Отказоустойчивые решения Дополнительные функции маршрутизаторов при работе по коммутируемым каналам 1. Пропускная способности по требованию (bandwidth on demand) ¨ Маршрутизатор устанавливает соединение только при наличии пакетов для удаленной сети ¨ Экономит затраты при повременной оплате канала 2. Спуфинг (spoofing) ¨ Технология "обмана" маршрутизатором серверов и клиентов, постоянно обменивающихся служебными сообщениями ¨ Маршрутизатор передает служебные сообщения по глобальному каналу гораздо реже, чем в локальные сети ¨ необходимо применять для стека Novell и протокола NetBIOS 3. Сжатие пакетов ¨ некоторые производители обеспечивают коэффициент сжатия до 8:1 за счет компрессии данных ¨ компрессия часто выполняется по собственным алгоритмам, несовместимым с алгоритмами других фирм 4. Сегментация пакетов - позволяет разделять большие передаваемые пакеты и использовать для их передачи сразу две телефонные линии Взаимодействие слоев маршрутизаторов и коммутаторов в современных сетях Традиционный способ - сеть коммутаторов используется для связи с территориально соседним маршрутизатором Результат - большое число хопов - медленное продвижение пакета Взаимодействие слоев маршрутизаторов и коммутаторов в современных сетях – обычное одноуровневое представление Сети с виртуальными каналами 1 вариант – использование PVC Создается полносвязная (mesh) топология – каждый маршрутизатор связан PVC с каждым Недостаток – плохо масштабируемая сеть – слишком много виртуальных каналов, трудно поддерживать и модифицировать Сети с виртуальными каналами 1 вариант – использование PVC – логическая структура Каждый виртуальный канал – отдельный логический интерфейс (subinterface) – fr0/0, fr0/1, fr0/2, … Сети с виртуальными каналами 1 вариант – использование PVC – логическая структура Пример конфигурирования interface fr0/0 ip address 10.0.0.1 255.255.0.0 ip ospf network [point-to-point] encapsulation frame-relay 10.1.0.1 202 neighbour 10.0.0.2 frame-relay map ip 10.0.0.2 201 interface fr0/1 ip address 10.1.0.1 255.255.0.0 ip ospf network [point-to-point] encapsulation frame-relay neighbour 10.1.0.2 frame-relay map ip 10.1.0.2 202 10.0.01 201 Сети с виртуальными каналами 1 вариант – использование PVC – крупная сеть неполносвязная Недостаток – большое число промежуточных хопов Сети с виртуальными каналами 2 вариант – использование SVC Каждый маршрутизатор может связяться с каждым – установив SVC и разорвав соединение, когда данные долго не поступают в данном направлении. Аналог полносвязных PVC, лучше масштабируется Недостаток – долгое время установления соединения Плохо для кратковременных потоков Задание arp-соответствия между IPадресом и ATM-адресом Map-list a ip 10.1.0.3 atm-nsap 33.3333.33.333333.3333.3333.3333.3333.33 33.3333.3333.33