Сетевые технологии, основанные на виртуальных каналах. X.25

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