| Главная | Главная по Компьютерным сетям |
Предыдущая | Оглавление | Следующая
Глава 17. Ретрансляция кадров
Технология ретрансляции кадра разрабатывалась с целью улучшения характеристик существующего протокола. Для регулярной передачи данных между локальными сетями пользователям необходимо располагать дешевыми и надежными соединениями. Передача этих данных между локальными сетями поддерживается соединениями глобальной сети. Для лучшего понимания технологии ретрансляции кадров необходимо проследить историю развития сетей и создания протокола Х.25.
Ретрансляция кадров: технология, развившаяся из протокола Х.25
История развития компьютерных сетей началась в 60-х годах в Соединенных Штатах. В то время большинство компьютерных систем не испытывало необходимости во взаимодействии друг с другом и поэтому походило на стадо одиноких бегемотов. Для решения вопросов финансирования прогрессивных технологий информационных систем правительством Соединенных Штатах было создано Управление перспективных исследований и разработок Министерства обороны США (Defense Advanced Research Projects Agency - DARPA), которое и выдвинуло идею объединения различных компьютерных систем с целью упрощения передачи данных. Для установления соединений между этими системами сотрудникам DAPRA предстояло разработать новый стандартный протокол. В 1969 году появилась первая интерсеть (сеть сетей), развернутая на четырех сетевых коммутаторах или узлах. Она получила название ARPANET (Advanced Research Project Agency Network) и положила начало всем существующим современным системам Internet. Технология ретрансляции кадров также развилась из упомянутой сети.
На базе ARPANET был создан новый межсетевой протокол, который сначала был назван ARPANET 1822, однако вскоре был переименован в Х.25 (стандартное имя этому протоколу дал консультативный комитет по международной телефонной и телеграфной связи - CCITT).
В основе Х.25 лежит оригинальная схема коммутации пакетов, развившаяся из протокола ARPANET 1822. В то время существовали просто неактуальные на сегодняшний день проблемы. Например, пользователю приходилось прилагать массу усилий для того, чтобы настроить сеть Х.25 в соответствии со своими требованиями. Одной из причин этого было несовершенство используемых компьютеров. По сегодняшним меркам производительность тех машин кажется просто смешной. Самыми большими и наиболее популярными на тот момент считались универсальные машины (мэйнфреймы) серии IBM 360.
В то время ни одна более-менее солидная фирма не обходилась без систем IBM 360, считавшихся чудом вычислительной техники. Современные персональные компьютеры гораздо мощнее и компактнее своих предшественников. Возможности программного обеспечения старых универсальных машин ограничивались лишь организацией хранения, а также различными манипуляциями над данными. Сами же компьютеры были недостаточно производительны для того, чтобы проверять достоверность всех поступающих к ним данных.
Программистам и операторам приходилось самостоятельно обеспечивать целостность передаваемых в компьютер данных. В то время даже появилась фраза «каков запрос, таков ответ» («garbage-in-garbage-out», или GIGO), смысл которой сводился к тому, что компьютер не мог отличить правильные данные от ошибочных. Даже если поступившая информация оказывалась абсолютно неверной, она обрабатывалась наравне с остальными данными. Очевидно, что результат такой обработки не имел никакого смысла. Было бы глупо винить в этом компьютер, поскольку некорректный результат возвращался после вычислений на основе ошибочных данных.
Вторым фактором, послужившим причиной создания протокола Х.25, было качество телефонных линий и соединений. Соединения между коммутаторами общедоступной телефонной сети устанавливаются в основном по медным проводникам, а коротковолновые радиосистемы FDM (мультиплексная модуляция с частотным уплотнением каналов - frequency division multiplexing), передающие телефонный сигнал на большие расстояния, были подвержены тепловому шуму и наводкам, значительно ухудшающим качество сигнала.
Оба рассмотренных фактора (несовершенство компьютерных систем и низкое качество телефонных линий) отрицательно влияли на качество работы информационных систем. Использование протокола Х.25 также не всегда оказывалось эффективным. Специалисты по ARPANET адекватно оценили сложившуюся ситуацию и начали разработку нового сетевого протокола, способного исключить влияние этих факторов.
Результатом разработки стал протокол ARPANET 1822, который был в состоянии проверять целостность доставленных данных, компенсируя тем самым недостаток интеллектуальности старых компьютерных систем. Еще не появились на свет первые стандарты и реальные уровни протоколов, а Х.25 уже осуществлял проверку целостности данных на всех уровнях и узлах траектории прохождения данных.
Пришло время сравнить упомянутый протокол с технологией ретрансляции кадров.
Сравнение технологии ретрансляции кадра с протоколом Х.25
Хотя Х.25 и считается прародителем практически всех современных сетевых протоколов, в его основе лежит три первых уровня эталонной модели OSI. Уровни Х.25 проиллюстрированы на рисунке 17.1.
РИСУНОК 17.1. Уровни Х.25, принадлежащие эталонной модели OSI.
Следует отметить, что рассматриваемый протокол в обязательном порядке использует все три уровня, на каждом из которых осуществляется проверка целостности данных.
В действительности Х.25 поддерживает три протокола, каждый из которых (см. рис. 17.2) соответствует определенному уровню.
РИСУНОК 17.2. Уровни Х.25 и соответствующие им протоколы.
Для установления физического соединения между UNI (сетевыми интерфейсами пользователей - User-to-Network Interface) и собственно сетью Х.25 на низшем уровне Х.25 используется протокол Х.21 (или X.21bis), описывающий способы взаимодействия пользователей с сетью Х.25. Название X.21 чаще используется в Европе, в то время как название Х.21 bis более популярно в Соединенных Штатах. Упомянутый протокол описывает действительное физическое соединение между интерфейсом пользователя и сетью.
Канальный уровень протокола Х.25 требует использования LAPB (Процедуры сбалансированного доступа к каналам - Link Access Procedure Balance). LAPB представляет собой программный протокол, поддерживающий процедуру дешифрации кадров или сбора битов информации, передающихся по сети различными UNI.
На самом высоком (сетевом или пакетном) уровне используется протокол, наиболее известный под названием PLP (Протокол пакетного уровня - Packet Layer Protocol). Этот протокол обеспечивает объединение сформированных на втором уровне кадров в пакеты, которые затем могут передаваться по сети.
Ознакомившись со спецификой протокола Х.25, можно переходить к рассмотрению технологии ретрансляции кадров, которая является новейшей версией старого протокола Х.25. Изначально комитет CCITT предложил идею использования методики ретрансляции кадра в каналах ISDN. На сегодняшний день можно выделить две основные категории таких каналов: 2B&D и 23B&D. Аббревиатура 2В свидетельствует о наличии двух В-каналов с пропускной способностью 64 Кбит/с каждый. Канал D (или дельта канал) с пропускной способностью 16 Кбит/с используется для передачи служебной управляющей информации. Конфигурация 23B&D поддерживает 23 канала по 64 Кбит/с каждый.
Разрабатывая исходную схему ретрансляции кадров, консультативный комитет по международной телефонной и телеграфной связи не был полностью уверен в успехе этой технологии. Поэтому технология ретрансляции кадров изначально предполагала использование исключительно каналов D. Однако недостаточная ширина полосы пропускания подобных каналов, составляющая 16 Кбит/с, вскоре заставила отказаться от идеи их применения. Технология ретрансляции кадров, проиллюстрированная на рисунке 17.3, использует только два первых уровня эталонной модели OSI.
РИСУНОК 17.3. Уровни ретрансляции кадров эталонной модели OSI.
Низший (физический) уровень описывает способ установления соединений между UNI и сетью ретрансляции кадров. Возможности второго (канального) уровня будут рассмотрены ниже. В отличие от протокола Х.25 технология ретрансляции кадра не использует третий уровень.
Технология ретрансляции кадра строится на некоторых предположениях об используемой операционной системе. Во-первых, для интеграции компьютерных систем в сеть ретрансляции кадров предполагается использовать «родные» (принадлежащие этим же сетям) интеллектуальные устройства. Вторым условием эффективного использования технологии ретрансляции кадров является высокое качество телефонных линий, по которым передаются данные в пределах сети.
Необходимо рассмотреть перечисленные предположения более подробно. Насколько вам известно, современные компьютерные системы во многом отличаются от старых машин эпохи расцвета протокола Х.25. На сегодняшний день большинство локальных сетей использует довольно мощные системы и производительные персональные компьютеры, оснащенные интеллектуальными операционными системами и аппаратным обеспечением. Почему же наследник Х.25 недооценивает «интеллектуальность» современных компьютеров? Этот атавизм пришел из прошлого, когда передаваемые по сетям старых ЭВМ ошибочные данные беспрепятственно попадали в компьютеры и обрабатывались наравне с остальной полезной информацией.
Современные компьютерные системы и серверы локальных сетей достаточно интеллектуальны для того, чтобы осуществлять контроль целостности поступающих в них данных. Во избежание попадания в компьютер ошибочных данных используются функции более высокого уровня, действие которых сводится к распознаванию недостоверной информации и осуществлению запроса на повторную передачу. Описанный алгоритм используется технологией ретрансляции кадров для определения и игнорирования запорченных пакетов.
Не менее важным считается второе предположение использования технологии ретрансляции кадра. За последние десять лет телефонные линии и сети стали намного интеллектуальнее и надежнее. Появление современных волоконно-оптических соединений и сверхбыстрых надежных технологий коммутации позволило значительно повысить качество передачи данных по каналам и соединениям общей телефонной сети.
Поуровневое сравнение с сетью протокола Х.25 поможет наглядно проиллюстрировать принцип действия технологии ретрансляции кадров. На рисунке 17.4 показано поуровневое сопоставление упомянутых технологий и соответствующих им уровней.
РИСУНОК 17.4. Сравнение уровней протокола Х.25 и технологии ретрансляции кадров.
Для поддержки физического уровня в сети Х.25 используется протокол Х.21. Технология ретрансляции кадров позволяет организовать низший (физический) уровень различными способами. В большинстве случаев физический уровень ретрансляции кадров поддерживается с помощью различных UNI, например, маршрутизаторов или мостов.
Канальный уровень сети Х.25 поддерживается протоколом LAPB, который является программно-управляемым протоколом и требует добавления большого количества избыточной информации к передаваемым по сети данным. Канальный уровень технологии ретрансляции кадров предполагает использование группы всего из двух октетов, что, в свою очередь, ведет к значительному снижению объема передаваемой служебной информации.
Теперь рассмотрим третий уровень протокола Х.25. Для формирования всех передаваемых по сети данных в пакеты на сетевом уровне упомянутого протокола используется пакетный адаптер (Packet Assembler/ Disassembler - PAD). В пакетах содержится вся передаваемая по сети информация, а также служебные биты этого уровня. Служебная информация хранится в поле логического номера канала (LCN - logical channel number). Удаленные узлы сети Х.25 будут в дальнейшем использовать значение поля LCN для определения адресата полученной последовательности пакетов.
Третий уровень технологией ретрансляции кадров попросту не используется. Возникает вопрос, почему же для осуществления передачи данных между удаленными объектами сети считается целесообразным использование именно этой технологии. Ответ на него можно будет найти в следующем разделе.
Преимущества ретрансляции кадров
Прежде чем начать рассуждать по поводу принципа действия технологии ретрансляции кадров, необходимо выяснить, почему при разработке интерфейса взаимодействия локальных и глобальных сетей рассматриваемая технология считается наиболее эффективной. Быстродействие и цена несомненно являются основными факторами, которые следует учитывать при выборе разворачиваемой сети. Приняв во внимание данное утверждение, необходимо обратиться к рисунку 17.4, чтобы более подробно рассмотреть характеристики производительности технологии Х.25. На каждом из трех уровней Х.25 выполняется множество проверок целостности данных, а также дополнение собственно данных служебной информацией.
На физическом уровне протокола Х.25 предполагается проверка циклического избыточного кода (CRC - Cyclic Redundancy Checking) передаваемых по сети данных, а этот процесс занимает некоторое время. С целью формирования данных в пакеты на канальном уровне Х.25 используется протокол LAPB, который требует добавления к полезным данным значительного количества служебных битов, необходимого для осуществления стандартной обработки кадров и нахождения ошибок. Однако при больших объемах передаваемых данных добавление к каждому кадру всего по два бита вызовет значительное снижение скорости передачи.
По прибытию данных на сетевой уровень Х.25 осуществляется компиляция кадров в пакеты с одновременным добавлением в них большого количества избыточных битов. Сеть Х.25 требует добавления избыточных битов к набору или последовательности пакетов, предназначенных одному получателю. Эта же процедура осуществляется в качестве подтверждения выполнения адекватной проверки целостности данных, а также для уведомления об обнаружении ошибки. Очевидно, что подобная методика приводит к значительному снижению скорости передачи.
Каким же образом технология ретрансляции кадров влияет на скорость передачи данных? В этом случае взаимодействие с локальной сетью на физическом уровне осуществляется через мосты или маршрутизаторы. На низшем уровне допускается использовать большое количество различных физических протоколов. Поэтому принципиально важно выбрать наиболее быстрый метод соединения локальной сети с мостом/ маршрутизатором, который будет выступать в роли связывающего устройства.
Для передачи данных на канальном уровне технологии ретрансляции кадров используется поле длиной в два октета. Более подробно содержание этих октетов будет рассмотрено ниже. Технология ретрансляции кадров также характеризуется небольшим размером передаваемых кадров. Следует подчеркнуть, что третий уровень не используется вообще.
Соответствие кадров канального уровня эталонной модели OSI, относящихся к протоколу Х.25 и технологии ретрансляции кадров соответственно проиллюстрировано на рисунке 17.5.
РИСУНОК 17.5. Сравнение кадров протокола Х.25 и технологии ретрансляции кадров на втором уровне эталонной модели OSI.
Подавляющее количество передаваемой протоколом Х.25 информации представляется в виде кадров. В отличие от Х.25 технология ретрансляции кадров завершает свою работу на этапе сборки и компиляции кадров. На сетевом уровне эталонной модели OSI протокола Х.25 осуществляется добавление к уже существующим кадрам дополнительных битов и другой служебной информации. Ретрансляция кадров благодаря отсутствию третьего уровня считается более быстрой альтернативой устаревшего протокола Х.25.
Как известно, вторым определяющим фактором при выборе сети является ее цена. В начале 90-х годов одновременно с ростом популярности технологии ретрансляции кадра резко возросла конкуренция на соответствующем сегменте рынка услуг.
Одним из лидеров в этой области считалась компания Williams Telecommunications (WILTEL), расположенная в штате Оклахома. WILTEL всегда была одним из самых крупных провайдеров телефонных и цифровых услуг. Этой компании принадлежит несколько волоконно-оптических кабелей, проложенных от атлантического до тихоокеанского побережья США. Хотя к началу 90-х годов WILTEL еще не обладала большим количеством линий, благодаря сотрудничеству с железнодорожными компаниями она смогла обеспечить пользователей достаточно качественными соединениями. Соединения устанавливались с помощью проложенных вдоль железнодорожных магистралей выделенных линий. Возможно, именно поэтому компания WILTEL впервые предложила пользователям доступ к сети ретрансляции кадров (вместе с пакетом цен на обслуживание, известным под названием WILPAK).
Пока технология ретрансляции кадров находилась в стадии развития, ни одна компания, включая AT&T, MCI и Spirit, не была уверена в эффективности ценовой политики WILPAK. На сегодняшний день большинство компаний уже определило тарифную сетку на соответствующие услуги. Другими словами, компании получили возможность самостоятельно устанавливать цены на основании данных о согласованной скорости передачи информации. На протяжении десятилетий ценовая политика многих компаний оставалась непрозрачной для широкого круга пользователей. Многие схемы ценовых тарифов и по сей день являются довольно труднообъяснимыми (если не сказать странными).
Из всего сказанного выше можно сделать вывод, что оплата за технологию ретрансляции кадров производится по факту предоставления услуг. Сети Х.25 требовали использования лишь дорогостоящих выделенных соединений. Также не существовало инструментальных средств, позволяющих на месте объективно оценить коэффициент использования полосы пропускания. Следовательно, линии Х.25 никогда не использовались с максимальной эффективностью. Не оправдала себя и схема «попакетной оплаты» за услуги, характерной для протокола ARPANET. В настоящее время наиболее эффективной и дешевой методикой считается технология ретрансляция кадра.
Теперь подытожим вкратце все изложенное выше. Технология ретрансляция кадра оказывается эффективнее и в большинстве случаев, если не всегда, дешевле протокола Х.25. Поэтому для установления соединений между локальными сетями целесообразно использовать, если, конечно, существует такая возможность, именно эту технологию.
Однако технология ретрансляции кадров имеет свои недостатки. В следующем разделе данной главы будут детально рассмотрены принципы действия технологии, а также присущие ей ограничения.
Принципы ретрансляции кадров
Технология ретрансляции кадров довольно доступна для понимания. Здесь используем термины и концепции, знакомые для самого широкого круга читателей. Ретрансляция кадров считается высокоскоростной технологией глобальной сети. Пропускная способность сети Х.25 обычно не превышает 64 Кбит/с, скорость передачи данных с ретрансляцией кадров сравнима с каналами Т1 и ТЗ.
ПРИМЕЧАНИЕ Канал Т1 имеет пропускную способность 1.544 Мбит/с, ТЗ поддерживает скорость передачи данных около 45 Мбит/с. По этой причине методику ретрансляции кадров иногда называют технологией «быстрых пакетов» (Fast Packet). Не забывайте, что изначально Х.25 являлась пакетной технологией. Для доставки пакетов по необходимому адресу приходилось использовать номера логических каналов. Пакеты пересылались через коммутируемые виртуальные каналы (SVC - switched virtual circuit) и постоянные виртуальные каналы (PVC - permanent virtual circuit). Сеть Х.25 поддерживает дуплексный режим передачи. Целостность передаваемых с помощью протокола Х.25 данных обеспечивалась процедурами сетевого уровня, осуществляющими контроль пакетов с целью исключения возникновения ошибок на пути между отправителем и адресатом. Наглядно проиллюстрировать принцип действия технологии ретрансляции кадров можно на примере передаваемого по сети сообщения, состоящего из 500 пакетов. На сетевом уровне предполагается их последовательная нумерация от 1 до 500. Упорядочение пакетов сообщения происходит в узле получателя сети Х.25. При отсутствии в последовательности какого-либо пакета передача прекращается и узел ждет его прибытия, чтобы начать пересылку целого сообщения сетевому компьютеру-получателю сообщения. В случае обнаружения ошибки узел Х.25 посылает отправителю запрос на повторную передачу ошибочного пакета. Описанный процесс представляется достаточно надежным. Однако принципиальным остается вопрос быстродействия сетей. Что касается факторов, влияющих на скорость передачи данных в сети Х.25, то участие узлов в процедурах проверки целостности данных, запросов на повторную передачу и анализа пакетов негативно отражается на быстродействии сети. Методика ретрансляции кадров исключает подобные задержки. Во-первых, эта технология не использует LCN с целью присвоения пакету адреса получателя. Для этой цели используется идентификатор канала передачи данных (DLCI - Data Link Connection Identifier), суть которого будет раскрыта немного ниже. Во-вторых, данная технология не предусматривает контроль пакетов и возможных ошибок в данных между отправителем и адресатом, имеющий место на сетевом уровне Х.25. Методика ретрансляции кадра ограничивается лишь выполнением процедуры проверки целостности данных на втором уровне эталонной модели OSI. В случае обнаружения процедурой канального уровня ошибочного пакета запрос удаленному отправителю на повторную передачу не посылается. Запорченный пакет попросту игнорируется, не прерывая тем самым последующий прием и передачу остальных пакетов. Каким же образом технологии ретрансляции кадра удается избавиться от ошибочного пакета, избежав при этом задержек передачи данных? Очевидно, все дело в интеллектуальных возможностях современных компьютерных систем. На сегодняшний день компьютеры в состоянии распознавать и идентифицировать отсутствие в передаваемой последовательности какого-либо кадра. В этом случае отправителю посылается запрос на повторную передачу недостающего кадра. Методика ретрансляции кадров характеризуется полнодуплексным режимом передачи данных, что позволяет поддерживать между отправителем и адресатом двунаправленный обмен кадрами. Кадр, пересылаемый по запросу на повторную передачу, ничем не отличается от обычного. Другими словами, сеть ретрансляции использует менее строгие алгоритмы повторной передачи кадров по сравнению с Х.25. Технология ретрансляции кадров отслеживает целостность данных на втором уровне. Ошибочные кадры попросту игнорируются. Такая «потеря» кадров благодаря надежности и стабильности современных сетевых устройств не представляет особой проблемы. На сегодняшний день в сетях ретрансляции игнорируется лишь незначительное количество кадров. Подавляющее большинство ошибочных кадров возникает из-за несоответствия требованиям, предъявляемым к трафику. Формат ретранслируемого кадра, соответствующий второму уровню эталонной модели OSI, представлен на рисунке 17.6.
РИСУНОК 17.6. Структура ретранслируемого кадра на втором уровне эталонной модели OSI.
Структура кадра довольно проста и одновременно рациональна. Его длина составляет два октета. В октетах кадра содержится необходимая для сети ретрансляции кадра информация об адресе получателя, а также некоторые служебные данные. Первые десять битов октетов занимает поле DLCI.
DLCI
Под идентификатором канала передачи данных (DLCI) подразумевается действительный номер, присваиваемый сетью ретрансляции кадров каждому порту или системе пользователя. Предоставляемый провайдером канал ретрансляции кадров определяет номера DLCI для вашего узла. 10-битовое поле позволяет использовать 1024 адресных комбинаций DLCI.
ПРИМЕЧАНИЕ
1024 комбинации образуются путем взведения различных битов поля DLCI, Так, комбинация из десяти двоичных единиц будет соответствовать десятичному числу 1023, а из десяти двоичных нулей - десятичному нулю. Двоичный код 0000000001 - десятичной единице, 000000010 - двойке, и т.д.
В настоящее время для обозначения адресных номеров DLCI большинство провайдеров использует значения от 16 до 1007.
Допустим, существует подключенный к сети ретрансляции кадров маршрутизатор с четырьмя портами. Провайдер может задать идентификатор DLCI для первого порта равным 16, для второго - 17 и т.д. В данном случае для идентификации конечных точек сети ретрансляции кадров используется четыре адресных номера DLCI.
На другом конце сети ретрансляции кадров находится взаимодействующая с устройством пользователя система, маршрутизатор которой поддерживает восемь портов. Провайдер имеет право назначить первым четырем портам данного маршрутизатора те же адресные номера DLCI, что и предыдущему (16, 17, 18 и 19). В таком случае оставшимся четырем портам будут присвоены соответственно номера 20, 21, 22 и 23. На этом процедура адресации портов завершается.
Тут же возникает вопрос: каким же образом провайдерам удается использовать для различных конечных точек одни и те же адресные номера? Вернемся к предыдущему примеру. Маршрутизатор первой конечной точки явно не собирается осуществлять передачу пакетов себе. В этом случае все приходящие из локальных портов первого маршрутизатора кадры, DLCI которых равен 16, передаются в первый порт второго маршрутизатора.
В этом примере проиллюстрирована возможность повторного использования адресных номеров от 16 до 1007. Нулевой номер DLCI зарезервирован для обработки служебных управляющих сигналов. Адресные номера от 1 до 15 и от 1008 до 1022 также зарезервированы и в большинстве случаев не используются. Назначение номера 1023 будет рассмотрено ниже.
Вполне логичным будет вопрос о том, каким образом в сети ретрансляции кадров осуществляется передача данных удаленным конечным точкам или локальным сетям? Современные мосты и маршрутизаторы в большинстве своем содержат статические таблицы маршрутизации. В настоящее время для установления соединений между локальными сетями обычно используется технология ретрансляции кадров. На сегодняшний день практически все локальные сети используют схему адресации TCP/IP. Не вдаваясь в специфику использования IP-адресов, следует лишь отметить, что каждая локальная сеть имеет свой собственный уникальный IP-адрес.
Вся информация, касающаяся IP-адресов и соответствующих им адресных номеров DLCI, заносится в статические таблицы маршрутизации мостов и маршрутизаторов, которые, в свою очередь, подключены к сети ретрансляции кадров. Возвращаясь к последнему примеру, необходимо отметить, что если IP-адрес локальной сети первого маршрутизатора, один из портов которого имеет адресный номер 16, равен 207.102.88.1, этот адрес фигурирует в таблицах мостов или маршрутизаторов каждой удаленной конечной точки сети ретрансляции кадров. Следовательно, все кадры с адресом 207.102.88.1 будут пересылаться в порт с адресным номером 16.
Отдельного упоминания заслуживает концепция согласованной скорости передачи данных (CIR) и ее роль в технологии ретрансляции кадров.
CIR и «дырявое ведро»
Согласованная скорость передачи данных (committed information rate) является концепцией управления службами ретрансляции кадра, определяющей одновременно расценки на их использование. В случае аренды канала, поддерживающего технологию ретрансляции кадров, провайдеру необходимо установить эффективное значение CIR. Под согласованной скоростью передачи данных подразумевается количество кадров, которое может пройти по каналу за данный промежуток времени.
На рисунке 17.7 изображены две емкости, наполненные водой. Алгоритм технологии ретрансляции кадров часто называют алгоритмом дырявого ведра (leaky bucket algorithm). Суть этого алгоритма предельно проста. В случае аренды канала ретрансляции кадров, поддерживающего определенное значение CIR, для каждого коммутатора необходимо определить объем буферной области. Буфер можно представить в виде обычного ведра, ширина которого будет соответствовать времени, или Т1, а высота - согласованному объему, или В1. С по мощью этих обозначений можно вывести формулу для CIR: CIR=B1/T1.
РИСУНОК 17.7. Алгоритм ретрансляции кадров.
Необходимо подробно рассмотреть суть этого равенства. Если объем передаваемых данных достаточно мал для того, чтобы без остатка поделиться на время их передачи, ни один кадр не будет потерян. Выражаясь нормальным языком, если заданное значение CIR составляет 64 Кбит/с, а данные передаются по сети со скоростью 56 Кбит/с, значение скорости передачи данных делится на коэффициент Т1, равный в данном случае единице. Очевидно, что скорость передачи останется равной 56 Кбит/с. Поскольку эта скорость меньше заданного значения CIR, согласованный объем данных будет передаваться через все коммутаторы без потери кадров.
В чем же сходство технологии ретрансляции кадров с алгоритмом дырявого ведра? Если значение CIR арендуемого канала ретрансляции кадров составляет 64 или 128 Кбит/с, вы рискуете столкнуться с ситуацией, когда эффективная скорость передачи данных по сети приблизится к максимальному значению согласованной скорости. Следовательно, предоставленная каналом полоса пропускания в некоторых случаях может оказаться недостаточной для передачи данных. Пришло время перейти непосредственно к рассмотрению алгоритма дырявого ведра.
Алгоритм дырявого ведра
Если значение CIR превышается одним из коммутаторов, для всех кадров, скорость передачи которых превосходит CIR арендуемого канала, взводится бит DE (Discard eligibility - кадр не обработан). В случае высокой интенсивности трафика, а также если коммутатор сети ретрансляции кадров в состоянии поддерживать только заданное значение CIR, эти кадры могут не достигнуть получателя. Для описания технологии ретрансляции кадра идеально подходит алгоритм дырявого ведра. Этот алгоритм используется всякий раз, когда эффективная скорость передачи данных превышает значение CIR и бит DE устанавливается в единицу.
Технология ретрансляции кадра обязана своей полярностью именно этому алгоритму. Ширина ведра обычно обозначается Т1. Если скорость передачи данных превышает значение CIR, высота ведра будет определяться параметром В2. Второе дырявое ведро, распределенное по коммутаторам сети ретрансляции кадров, в большинстве случаев совпадает по размеру с первым. Другими словами, канал с согласованной скоростью 128 Кбит/с в состоянии поддерживать скорость передачи данных до 256 Кбит/с путем наполнения данными второго ведра за промежуток времени Т1. Если же скорость передачи данных не снизится до того, как второе ведро будет опустошено, кадры будут потеряны - высота В2 второго ведра окажется равной нулю. В этом случае кадры, скорость передачи которых превышает значение CIR, в результате взведения очередным коммутатором бита DE, скорее всего, будут игнорироваться.
Это звучит неправдоподобно, но можно арендовать канал ретрансляции кадров с нулевым значением CIR. Однако это ставит под угрозу целостность передаваемых данных. Данные передаются по локальным сетям с различными скоростями, поэтому во время наибольшей интенсивности трафика администраторам необходимо определить значение максимальной скорости передачи данных. При аренде каналов рекомендуется сначала установить максимально возможную (с финансовой точки зрения) согласованную скорость передачи данных, а затем постепенно ее снижать. Однако имейте ввиду, что экономия средств путем снижения CIR может привести к потере передаваемой информации.
Если трафик сети ретрансляции кадров отличается низкой интенсивностью, то ее пользователи чаще всего даже не подозревают о том, что эффективная скорость передаваемых по этой сети данных зачастую превышает установленное значение CIR арендуемого канала.
Однако рост интенсивности трафика при низком значении CIR может привести к потере кадров, скорость передачи которых превысит установленное значение согласованной скорости. В результате каждая конечная точка будет запрашивать недостающие кадры, что в конечном итоге может привести к сбою вашей информационной системы.
По этой причине (а также по множеству других) необходимо поддерживать постоянную связь с провайдером арендуемого канала сети ретрансляции кадров. Только в этом случае можно быть уверенным в том, что выбранное значение CIR является оптимальным. Сочетание низкой стоимости услуг с высокими доходами провайдеров обеспечило этой технологии столь широкую популярность.
Перегрузки в сетях ретрансляции кадров
Совершенно необходимо рассмотреть еще один аспект технологии ретрансляции кадров, касающийся перегрузок трафика и узлов этой сети. Как уже отмечалось, технология ретрансляции кадров эффективнее и дешевле Х.25, Однако она имеет один существенный недостаток, который проявляется в частых перегрузках. В настоящее время для определения в сети перегрузок (и по возможности их устранения) используется два метода.
Первый метод, называемый ECN (метод непосредственного уведомления о перегрузках - Explicit Congestion Notification), используется узлами или коммутаторами сети ретрансляции кадров для уведомления UNI о перегрузке. Большинство UNI реализовано на мостах или маршрутизаторах. Кадр, проиллюстрированный на рисунке 17.6, содержит поля FECN (прямое непосредственное уведомление о перегрузках - Forward Explicit Congestion) и BECN (обратное непосредственное уведомление о перегрузках - Backward Explicit Congestion). Размер каждого поля составляет 1 бит. Теперь рассмотрим назначение этих полей. Если один из узлов на траектории передачи кадров, адресованных определенному DLCI, определяет перегрузку, для всех кадров взводится бит FECN. При этом UNI, подключенный к другой конечной точке, определяет по установленному биту перегрузку и пытается обратиться к UNI получателя, чтобы тот снизил скорость передачи данных.
Одновременно для всех кадров, адресованных перегруженному узлу и передающихся в обратном направлении, взводится бит BECN. Таким образом узел пытается уведомить отправителя кадров о перегруженном состоянии сети. Пользовательский UNI, определив равное единице значение бита BECN, получает информацию о том, что узлу другой конечной точки также грозит перегрузка, и снижает скорость передачи данных.
Существуют ситуации, в которых метод ECN может оказаться неэффективным, например, если мосты или маршрутизаторы интерфейса не в состоянии распознать или обработать биты FECN и BECN. Также не стоит им пользоваться, когда сеть ретрансляции кадров перегружена до такой степени, что возникает угроза остановки трафика. В таких ситуациях метод ECN будет неэффективным как в прямом, так и в обратном направлении передачи данных.
По этим причинам необходимо применять другой метод определения перегрузок - CLLM (Совместное управление канальным уровнем - Consolidated Link Layer Management). Он используется в соединениях маршрутизаторов и узлов сети ретрансляции кадров и предполагает обработку зарезервированного адресного номера 1023. Соединение маршрутизаторов и узлов поддерживается посредством протокола интерфейса управления каналами связи (LMI - Link Management Interface protocol).
В большинстве сетей ретрансляции кадров протокол LMI предполагает использование номера DLCI, равного 1023. В некоторых новейших сетях для этой цели задействован нулевой адресный номер. Однако вопрос о том, какой именно адрес будет использоваться во время передачи информации по рассматриваемому протоколу, не имеет особого значения.
LMI рассылает сообщение о статусе сети всем пользовательским интерфейсам и узлам сети ретрансляции кадров. Эти сообщения содержат информацию об идентификаторах DLCI, задействованных на данный момент в сети, о перегруженных узлах, а также о направлении распространения перегрузок. Несомненно, LMI является протоколом будущего.
Резюме
Нет никаких сомнений, что технология ретрансляции кадров будет актуальна по меньшей мере еще несколько лет. Для большинства пользователей переход от протокола Х.25 к сети ретрансляции кадров не представляет большой проблемы. Несложная замена программного обеспечения мостов или маршрутизаторов позволяет сделать этот переход незаметным для пользователей соседних локальных сетей. Проведение модернизации программного обеспечения, как и аренда канала ретрансляции кадров, не требует больших капиталовложений, в то время как выгода от использования упомянутой технологии огромна.
Технология ретрансляции кадров является более дешевой, быстрой и надежной альтернативой протоколу Х.25 и некоторым другим устаревшим сетевым технологиям. Некоторые склонны считать эту технологию лишь временным решением проблем до перехода на ATM. Однако на практике технология ретрансляции кадра зарекомендовала себя совсем иначе. По мере постепенного нивелирования тарифов провайдеров и осмысления механизма CIR абонентская плата за доступ к сети ретрансляции кадров становится все более привлекательной. Все больше разработчиков промышленных сетей TCP/IP обращают свой взор именно на технологию ретрансляции кадров.
| Главная | Главная по Компьютерным сетям |
Предыдущая | Оглавление | Следующая