Опорные точки.

В стандартах ISDN определяются различные соединения между устройствами. Каждый тип соединения (или интерфейс) требует конкретного протокола. Такие интерфейсы называются опорными точками.

Стандарт ISDN предусматривает 4 наиболее важные опорные. Точки ISDN: R, S, Т, U. Их можно определить следующим образом:

- опорная точка R описывает интерфейс между не поддерживающими ISDN оконечными устройствами (ТЕ2) и терминальными адаптерами (ТА).

- опорная точка S описывает интерфейс между ТЕ1 или ТА и оконечным устройством ISDN (NТ1 или NТ2).

- опорная точка Т описывает интерфейс между локальным коммутирующим устройством NТ2 и оконечным устройством абонентам (МТ1).

- опорная точка U находится между NТ1 и местной телефонной сетью (LЕ) и определяет стандарт коммуникации между ними. Стандарты СС1ТТ специфицируют устройство NТ1 как часть локальной сети и не имеют отношения к местной абонентской линии.

Кроме основных опорных точек есть дополнительные - К, L, М, N, Р опорные точки. В основном они определяют интерфейс между ISDN -сетями и не ISDN сетями.

Поддерживаемая стандартом ВRI конфигурация «точка-точка» допускают удаление устройства NТ от подключенного терминального оборудования на расстояние до 1 км. Многоточечное соединение определяется как короткая или расширенная пассивная шина. В конфигурации с короткой пассивной шиной к одной шине подключаются устройство NТ и до 8-ми ТЕ. ТЕ могут удаляться от NТ более чем на 200 м. Расширенной пассивной шиной называют группу из нескольких ТЕ, удаленных друг от друга не более чем на 50 м. Сама группа ТЕ может быть удалена от NТ на расстояние до 1 км.

В каждый момент времени В-каналы используются только одним устройством. Система сигналов «пользователь-сеть» гарантирует, что в любое время В-каналу присваивается только одно устройство ТЕ. Многоточечные конфигурации, допускаемые ВRI, должны использовать D-канал одновременно, что позволяет осуществлять обмен сообщениями между пользователем и сетью. Стандарты ВRI определяют полнодуплексный обмен. Физическое соединение между NТ и ТЕ осуществляется как минимум по 2-м парам проводников (одна пара передает в одном направлении).

Передача управляющих сигналов.

В BRI применяется псевдотроичное кодирование: "ноль" всегда представляется положительным или отрицательным напряжением, а "единица" - отсутствием напряжения. Импульсы двоичного нуля должны изменять напряжение с положительного на отрицательное. В кадре BRI используются специальные биты для балансирования напряжения в линии, обеспечивающие отсутствие в ней постоянного напряжения.

Кадры BRI представляет собой структуру с синхронным разделением времени. Это означает, что обмен данными осуществляется группами битов называемыми кадрами. Каждый кадр ВRI содержит 48 бит. Для ВRI в конфигурации 2В+D общая скорость передачи составляет 192 кбит/с. Один кадр переносит 16 бит для каждого В-канала и 4 бита для D-канала. В кадре эти биты чередуются в конкретной последовательности.

Канал B1 D B2 D B1 D B2 D

Число битов 8 1 8 1 8 1 8 1

Рис. 29. Кадр ISDN

Кроме того ВRI можно конфигурировать как 1В+D и даже как один D-канал. Если применяется одна из этих дополнительных конфигураций, неиспользуемые биты кадра заполняются единицами (т.е. сигнал не передается).

Другие 12 бит кадра отвечают за его обработку и синхронизацию:- Е-биты. При передаче от NT к ТЕ кадр несет в себе Е-биты, повторяющие последние биты, переданные по D-каналу. Е-биты управляют доступом к NT подключенных устройств ТЕ. Так как в любой момент времени В-канал может использовать только одно устройство, никаких проблем с выделением В-канала не возникает. Все устройства должны работать через один общий D-канал (осуществляя передачу сигналов). Устройства ТЕ отслеживают Е-биты и поэтому знают, могут ли они продолжать передачу. Если передающее ТЕ получает Е-бит со значением, отличным от своего последнего D-бита, это значит, что оно больше не владеет D-каналом и поэтому прекращает передачу.

- L-биты. Биты баланса постоянного напряжения в линии обеспечивает присутствие в кадре четного числа единиц, что гарантирует отсутствие в цепи постоянного напряжения. Если перед L-битом следует нечетное число нулей, он устанавливается в "ноль", а если нечетное число единиц - то в "единицу".

- F-бит. Нулевой бит в начале кадра. За каждым F-битом для баланса напряжения в линии следует L-бит. Конфигурация "F-бит - L-бит" отмечает начало кадра, распознаваемое на приемном конце.

- А-бит. Бит, используемый для активизации или деактивизации ТЕ.

- F_a-бит. Дополнительный бит кадра. Если не применяется группирование кадров, всегда устанавливается в "ноль".

- S-бит. Резерв.

1 1 8 1 1 1 1 8 1 1 1 8 1 1 1 8

F

L

В1

L

D

L

F

L

В2

L

D

L

В1

L

D

L

В2

...

Пакет от ТЕ к NT

1 1 8 1 1 1 1 1 8 1 1 1 8 1 1 1 8

F

L

В1

Е

D

А

F

Fa

В2

Е

D

S

В1

Е

D

S

В2

...

Пакет от NT к TE

Рис. 30. Кадры ISDN.

Е-биты помогают управлять доступом ТЕ к S или Т интерфейсу. В-каналы всегда выделяются одному устройству ТЕ, поэтому разрешать конфликты нет необходимости. При доступе к D-каналу разрешение конфликтов осуществляется следующим образом:

- ТЕ не передающее данных, посылает серию двоичных единиц (отсутствие сигнала в линии).

- NТ дает эхо сигнал как Е-бит со значением "единица".

- ТЕ, желающие передать информацию, отслеживают Е-биты. Если ТЕ воспринимает достаточное число Е-битов со значением "единица", то предполагает, что линия свободна и передает данные.

- Если ТЕ обнаруживает, что значения Е-битов отличаются от переданных им битов, оно считает, что передачу осуществляет другое устройство и не обращается к D-каналу.

В отличие от ВRI, стандарт РRI поддерживает только соединение "точка-точка". РRI определяется обычно в опорной точке Т. Кадры РRI состоят из одного F-бита плюс 1 байт информации из каждого информационного каналаРRI. Это кадры размером 193 бита (для РRI в США и Японии). Скорость - 8000 кадров в секунду. Биты оформления кадров организованы в группы кадров (multiframe). Оформляющие служебные биты используются для синхронизации, контроля кадров и служебных функций.

В ISDN на канальном уровне (уровне связи данных) для установления, поддержания и завершения соединений служит протокол LAPD. Для всех подобных операций используется D-канал. Протокол LAPD(Link Ассезз ргоtосо1 D) разработан на основе протокола HDLC. Назначение протокола LAPD состоит в подготовке и передаче информации между компонентами ISDN канального уровня.

8 бит	8 бит	8-16 бит	До 2080 бит	16 бит	8 бит
Флаг	Адрес	Поле управления	Данные	CRC	Флаг

Рис. 31. Формат кадра LAPD.

Для создания логических соединений между пользователями (ТЕ) и сетью через опорную точку S или Т в LAPD применяется D-канал. Адрес в LAPD называется идентификатором соединения уровня связи данных (DLCI - Data Link Соnnection Identifier). Адрес двухкомпонентный. Состоит из идентификатора конечной точки (ТЕI –terminal endpoint identifier), определяющего устройство и идентификатора точки доступа к службе (SАРI - service ассеcc роint identifier), определяющего процесс, который выполняется устройством на 3-м уровне. Вместе взятые ТЕI и SАР1 составляют DLCI. ТЕI присваивается динамически при включении устройства ТЕ или вручную.

Контрольные вопросы:

1. На каком уровне производится мультиплексирование соединений ВRI и РRI?

2. B и D-каналы симплексные или дуплексные?

3. Какие опорные точки существуют в ISDN?

4. Из каких компонент состоит адрес в кадре LAPD?

5. Какие функции выполняет уровень 1 в ISDN?

6. Какие типы оборудования используются в ISDN?

7. Какую функцию в ISDN выполняют биты L и E?

8. Поддерживает ли стандарт РRI многоточечное соединение?

Лекция 11

Основы технологии АТМ.

Дать лаконичное и точное описание общей картины АТМ - задача не из легких. Сама эта тема достаточно объемна и сложна, а кроме того, технология АТМ находится в постоянном развитии: мир АТМ состоит из изменяющихся стандартов и продуктов, которые не всегда соответствуют этим стандартам. И хотя быстрая разработка стандартов еще больше усложняет общую картину АТМ, благодаря им АТМ может быстрее стать пригодной для использования, а значит, и общедоступной технологией. Поэтому понимание сегодняшнего состояния технологии АТМ дает ключ к пониманию будущих направлений развития сетевых технологий.

АТМ (Asynchronous Transfer Mode- режим асинхронной передачи) - очень гибкая технология; она позволяет передавать по сети различные типы трафика - голос, видео и данные, - обеспечивая при этом достаточную пропускную способность для каждого из них и гарантируя своевременную доставку восприимчивой к задержкам информации. Сеть АТМ изначально разрабатывалась для поддержки полнодуплексного высокоскоростного режима обмена как между узлами сети, так и между ее коммутаторами. Технология АТМ может использоваться как для построения высокоскоростных локальных сетей, так и магистралей, объединяющих традиционные локальные сети. Кроме того, организации по стандартизации АТМ уже разработали много стандартов на совместимость АТМ, дающих возможность производителям создавать коммутаторы, которые могут взаимодействовать с коммутаторами других производителей, а также с традиционным оборудованием локальной сети.

Основные концепции АТМ

Базовые принципы, лежащие в основе технологии АТМ, могут быть выражены в трех утверждениях:

- сети АТМ - это сети с трансляцией ячеек (сеll-ге1ау);

- сети АТМ - это сети с установлением соединения (connection-oriented);

- сети АТМ - это коммутируемые сети.

Идея сети с трансляцией ячеек проста: данные передаются по сети небольшими пакетами фиксированного размера, называемыми ячейками (сеlls). В сети Ethernet передача данных осуществляется большими пакетами переменной длины, которые называют кадрами (frames). Ячейки имеют два важных преимущества перед кадрами. Во-первых, поскольку кадры имеют переменную длину, каждый поступающий кадр должен буферизоваться (т.е. сохраняться в памяти), что гарантирует его целостность до начала передачи. Поскольку ячейки всегда имеют одну и ту же длину, они требуют меньшей буферизации. Во-вторых, все ячейки имеют одинаковую длину, поэтому они предсказуемы: их заголовки всегда находятся на одном и том же месте. В результате коммутатор автоматически обнаруживает заголовки ячеек, и их обработка происходит быстрее.

Generic Flow Control	Virtual Path Identifier
Virtual Path Identifier	Virtual Connection Identifier
Virtual Connection Identifier
Virtual Connection Identifier	Payload (Тип кадра)
CRC заголовка
Data (48 байт)

Заголовок кадра

Рис. 32. Формат кадра АТМ.

В АТМ пользовательская информация внутри ячейки не проверяется на достоверность, отсутствуют функции повторной передачи. Все операции проводятся над небольшим заголовком. Цель такого подхода -небольшие ячейки с минимальными накладными расходами по обработке - получить сеть, способную поддерживать мультимегабитные скорости.

Структура ячейки.

В сети с трансляцией ячеек размер каждой из них должен быть достаточно мал, чтобы сократить время ожидания, но достаточно велик, чтобы минимизировать издержки. Время ожидания (latenсу) - это интервал между тем моментом, когда устройство запросило доступ к среде передачи (кабелю), и тем, когда оно получило этот доступ. Сеть, по которой передается восприимчивый к задержкам трафик (например, звук или видео), должна обеспечивать минимальное время ожидания.

Любое устройство, подключенное к сети АТМ (рабочая станция, сервер, маршрутизатор или мост), имеет прямой монопольный доступ к коммутатору. Поскольку каждое из них имеет доступ к собственному порту коммутатора, устройства могут посылать коммутатору ячейки одновременно. Время ожидания становится проблемой в том случае, когда несколько потоков трафика достигают коммутатора в один и тот же момент. Чтобы уменьшить время ожидания в коммутаторе, размер ячейки должен быть достаточно маленьким; тогда время, которое занимает передача ячейки, будет незначительно влиять на ячейки, ожидающие передачи.Уменьшение размера ячейки сокращает время ожидания, но, с другой стороны, чем меньше ячейка, тем большая ее часть приходится на "издержки" (то есть на служебную информацию, содержащуюся в заголовке ячейки), а соответственно, тем меньшая часть отводится реальным передаваемым данным. Если размер ячейки слишком мал, часть полосы пропускания занимается впустую и передача ячеек происходит длительное время, даже если время ожидания мало.

Когда Американский национальный институт стандартов (American National Standarts Institute -АNSI) и организация, которая сейчас называется Международным телекоммуникационным союзом (International Telecommunication Union - ITU), разрабатывали АТМ, им было достаточно трудно найти компромисс между временем ожидания и издержками передачи. Эти организации должны были учесть интересы как телефонной отрасли, так и производителей оборудования для сетей передачи данных. Производителям средств телефонии нужен был небольшой размер ячейки, поскольку голос обычно передается маленькими фрагментами, и уменьшение времени ожидания гарантировало бы своевременную доставку этих фрагментов. Производители средств передачи данных, наоборот, требовали увеличить размер ячейки, поскольку файлы данных часто бывают большими и более чувствительны к издержкам трафика, нежели ко времени ожидания. В конце концов эти две фракции договорились о размере ячейки, равном 53 байтам, из которых 48 байт отводится данным и 5 байт - заголовку ячейки.

Сети с установлением соединения.

Для передачи пакетов по сетям АТМ от источника к месту назначения источник должен сначала установить соединение с получателем. Установление соединения перед передачей пакетов очень напоминает то, как осуществляется телефонный звонок: сначала вы набираете номер, телефон абонента звонит, и кто-то снимает трубку - только после этого вы можете начать говорить.

При использовании других технологий передачи данных, таких как Ethernet и Token Ring соединение между источником и получателем не устанавливается - пакеты с соответствующей адресной информацией просто помещаются в среду передачи, а концентраторы, коммутаторы или маршрутизаторы находят получателя и доставляют ему пакеты.

Сети с установлением соединения имеют один недостаток - устройства не могут просто передавать пакеты, они обязательно должны сначала установить соединение. Однако такие сети имеют и ряд преимуществ. Поскольку коммутаторы могут резервировать для конкретного соединения полосу пропускания, сети с установлением соединения гарантируют данному соединению определенную часть полосы пропускания. Сети без установления соединения, в которых устройства просто передают пакеты по мере их получения, не могут гарантировать полосу пропускания.

Сети с установлением соединения также могут гарантировать определенное качество сервиса (Quality of service - QoS), т.е. некоторый уровень сервиса, который сеть может обеспечить. QoS включает в себя такие факторы, как допустимое количество потерянных пакетов и допустимое изменение промежутка между ячейками. В результате сети с установлением соединения могут использоваться для передачи различных видов трафика - звука, видео и данных - через одни и те же коммутаторы. Кроме того, сети с установлением соединения могут лучше управлять сетевым трафиком и предотвращать перегрузку сети ("заторы"), поскольку коммутаторы могут просто сбрасывать те соединения, которые они не способны поддерживать. Коммутируемые сети.

В сети АТМ все устройства, такие как рабочие станции, серверы, маршрутизаторы и мосты, подсоединены непосредственно к коммутатору. Когда одно устройство запрашивает соединение с другим, коммутаторы, к которым они подключены, устанавливают соединение. При установлении соединения коммутаторы определяют оптимальный маршрут для передачи данных - традиционно эта функция выполняется маршрутизаторами.

Когда соединение установлено, коммутаторы начинают функционировать как мосты, просто пересылая пакеты. Однако такие коммутаторы отличаются от мостов одним важным аспектом: если мосты отправляют пакеты по всем достижимым адресам, то коммутаторы пересылают ячейки только следующему узлу заранее выбранного маршрута.

Коммутация в сети Ethernet может быть сконфигурирована таким образом, что все рабочие станции окажутся подключенными непосредственно к коммутатору. В такой конфигурации коммутация в Ethernet похожа на коммутацию в сети АТМ: каждое устройство осуществляет прямой монопольный доступ к порту коммутатора, который не является устройством совместного доступа.

Однако коммутация АТМ имеет ряд важных отличий от коммутации Ethernet. Поскольку каждому устройству АТМ предоставляется непосредственный монопольный доступ к порту коммутатора, то нет необходимости в сложных схемах арбитража для определения того, какое из этих устройств имеет доступ к коммутатору. В противоположность этому, рабочие станции, соединенные с коммутатором, должны участвовать в схемах арбитража даже несмотря на их непосредственный монопольный доступ к порту коммутатора. Сетевые интерфейсные платы Ethernet рассчитаны на использование арбитражного протокола для определения того, имеет ли рабочая станция доступ к устройству.

АТМ-коммутация также отличается от коммутации Ethernet тем, что коммутаторы АТМ устанавливают соединение между отправителем и получателем, а коммутаторы Ethernet - нет. Кроме того, коммутаторы АТМ обычно являются неблокирующими; это означает, что они минимизируют "заторы", передавая ячейки немедленно после их получения. Чтобы получить возможность немедленной пересылки всех поступающих ячеек, неблокирующий коммутатор должен быть оснащен чрезвычайно быстрым механизмом коммутации и иметь достаточно большую пропускную способность выходных портов. Теоретически если у коммутатора есть 10 входных портов на 10 Мбит/с, у него должен также быть один выходной порт на 100 Мбит/с. На практике выходной порт может иметь немного меньшую пропускную способность, не утрачивая при этом способности немедленной пересылки всех поступающих ячеек.

Архитектура B-ISDN.

В архитектуре B-ISDN появились новые элементы, отсутствовавшие в ISDN. Одним из новейших нововведений является передача информации через интерфейс пользователь-сеть с использованием асинхронного режима передачи АТМ (Asynchronous Transfer Mode).

Протоколы верхнего уровня

Уровень адаптации АТМ (АТМ adaptation)

Уровень АТМ

Физический уровень

Рис. 33. Модель B-ISDN.

Два уровня B-ISDN представлены функциями АТМ. Это уровень АТМ (АТМ-1ауег), общий для всех услуг; и уровень адаптации АТМ (АТМ Adaptation layer - AAL), который зависит от типа предоставляемых услуг. AAL преобразует информацию поступающую с верхних уровней в ячейки АТМ для транспортировки через В-ISDN, затем на приёмном конце собирает информацию из ячеек и отправляет её для дальнейшей обработки на верхние уровни.

Физический уровень представляет структуру передачи для мультиплексирования ячеек АТМ от многих логических соединений. Возможно всего два варианта. Первый заключается в использовании постоянного потока ячеек без какой-либо структуры кадра мультиплексирования. Получатель отвечает за правильное разбиение входящего потока и вычленение из него 53 байтных ячеек.

Второй вариант состоит в том, чтобы поместить ячейки в кадры TDM - потока (Time Division Multiplexing- мультиплексирование с разделением времени). В этом случае поток битов упаковывается на интерфейсе в кадры Синхронной Цифровой Иерархии (Synchronous Digital Hierarchy- SDH). В США такая структура кадров называется SONET (Synchronous Орtiса1 Network). Кадр SDH может использоваться исключительно для передачи ячеек АТМ, а также транспортировать другие потоки битов, еще не определенные в ISDN. Стандарт SDH определяет иерархию скоростей передачи кратных 51.84 Мбит/с, включая 155.52 Мбит/с и 622.08 Мбит/с.

Пример заполнения модели реальными протоколами приведен на рисунке.

Q.2931	ТСР/1Р	LМI, SNМР
SSСF	ААL	АAL
SSСОР
ААLСР
АТМ
SDН, SONЕТ, DSI, Е1 и т.д.

Рис. 34. Расположение протоколов в В-ISDN.

(SSСОР - сервис-ориентированный протокол с установлением соединения с гарантией и без гарантии доставки.)

Такие технологии передачи, как Ethernet и Token Ring соответствуют семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI). АТМ же имеет собственную модель, разработанную организациями по стандартизации.

Технология АТМ была разработана организациями ANSI и ITU как транспортный механизм для широкополосной сети ISDN (Broadband Integrated Servises Digital Network – B-ISDN). В-ISDN - это общедоступная территориально-распределенная сеть (WAN), которая может использоваться для объединения нескольких локальных сетей. Впоследствии АТМ Forum- консорциум производителей оборудования для сетей АТМ - приспособил и расширил стандарты B-ISDN для использования как в общедоступных, так и в частных сетях.

Модель АТМ, в соответствии с определением ANSI, ITU и АТМForum, состоит из трех уровней:

- физического;

- уровня АТМ;

- уровня адаптации АТМ.

Эти три уровня примерно соответствуют по функциям физическому, канальному и сетевому уровню модели OSI (рисунок 1). В настоящее время модель АТМ не включает в себя никаких дополнительных уровней, т.е. таких, которые соответствуют более высоким уровням модели OSI. Однако самый высокий уровень в модели АТМ может связываться непосредственно с физическим, канальным, сетевым или транспортным уровнем модели OSI, а также непосредственно с АТМ-совместимым приложением.

Рис. 35. Модель АТМ.

В отличие от других протоколов передачи, АТМ использует собственную модель, а не модель OSI.

Физический уровень.

Как в модели АТМ, так и в модели OSI стандарты для физического уровня устанавливают, каким образом биты должны проходить через среду передачи. Точнее говоря, стандарты АТМ для физического уровня определяют, как получать биты из среды передачи, преобразовывать их в ячейки и посылать эти ячейки уровню АТМ.

Стандарты АТМ для физического уровня также описывают, какие кабельные системы должны использоваться в сетях АТМ и с какими скоростями может работать АТМ при каждом типе кабеля.

Изначально АТМ Forum установил скорость DS3 (45 Мбит/с) и более высокие. Однако реализация АТМ со скоростью 45 Мбит/с применяется главным образом провайдерами услуг WAN. Другие же компании чаще всего используют АТМ со скоростью 25 или 155 Мбит/с.

Хотя АТМ Forum первоначально не принял реализацию АТМ со скоростью 25 Мбит/с, отдельные производители стали ее сторонниками, поскольку такое оборудование дешевле в производстве и установке, чем работающее на других скоростях. Только 25-мегабитная АТМ может работать на неэкранированной витой паре (UТР) категории 3, а также на UТР более высокой категории и оптоволоконном кабеле. Вследствие того что оборудование для 25-мегабитной АТМ относительно недорого, оно предназначено для подключения к сети АТМ настольных компьютеров.

155-мегабитная АТМ работает на кабелях UТР категории 5, экранированной витой паре (SТР) типа 1, оптоволоконном кабеле и беспроводных инфракрасных лазерных каналах. 622-мегабитная АТМ работает только на оптоволоконном кабеле и может использоваться в локальных сетях (хотя оборудование, работающее с такой скоростью, реализовано еще недостаточно широко). А для беспроводной связи создается прототип радиосети АТМ, работающей со скоростью 100 Мбит/с.

Уровень АТМ и виртуальные каналы.

В модели OSI стандарты для канального уровня описывают, каким образом устройства могут совместно использовать среду передачи и гарантировать надежное физическое соединение. Стандарты для уровня АТМ регламентируют передачу сигналов, управление трафиком и установление соединений в сети АТМ. Функции передачи сигналов и управления трафиком уровня АТМ подобны функциям канального уровня модели 081, а функции установления соединения ближе всего к функциям маршрутизации, которые определены стандартами модели OSI для сетевого уровня.

Стандарты для уровня АТМ описывают, как получать ячейку, сгенерированную на физическом уровне, добавлять 5-байтный заголовок и посылать ячейку уровню адаптации АТМ. Эти стандарты также определяют, каким образом нужно устанавливать соединение с таким качеством сервиса (QoS), которое запрашивает АТМ-устройство или конечная станция.

Стандарты установления соединения для уровня АТМ определяют виртуальные каналы и виртуальные пути. Виртуальный канал АТМ – это соединение между двумя конечными станциями АТМ, которое устанавливается на время их взаимодействия. Виртуальный канал является двунаправленным; это означает, что после установления соединения каждая конечная станция может как посылать пакеты другой станции, так и получать их от нее.

После того как соединение установлено, коммутаторы между конечными станциями получают адресные таблицы, содержащие сведения о том, куда необходимо направлять ячейки. В них используется следующая информация:

- адрес порта, из которого приходят ячейки;

- специальные значения в заголовках ячейки, которые называются идентификаторами виртуального канала (virtual circuit identifiers – VCI) и идентификаторами виртуального пути (virtual path identifiers –VPI).

Адреса конечных узлов локальных сетях АТМ составляют 20 байт.

Для того, чтобы пакеты содержали адрес узла назначения, и в то же время процент служебной информации не был большим по сравнению с размером поля данных пакета, в технологии АТМ применен стандартный для глобальных вычислительных сетей прием – передача ячеек по виртуальным каналам. Техника коммутации данных в соответствии с номерами их виртуальных каналов давно использовалась в сетях Х.25, а затем нашла применение и в новых технологиях территориальных сетей – Frame Relay и АТМ.

Конечные узлы не могут просто начать обмениваться данными, как это принято в большинстве протоколов канального уровня локальных сетей. Они должны перед обменом установить между собой логическое соединение. При установлении соединения между конечными узлами используется специальный тип пакета – запрос на установление соединения – который содержит многоразрядный адрес узла-адресата, а также номер виртуального соединения, присвоенного данному соединению в узле-отправителе, например, 15. Ячейки АТМ имеют 3-х байтное поле номера виртуального соединения, что позволяет коммутаторам и конечным узлам поддерживать одновременно очень большое количество виртуальных соединений.

Адрес назначения используется для маршрутизации запроса на установление соединения на основании таблиц маршрутизации, аналогичных тем, которые используются маршрутизаторами IР или IРХ. В этих таблицах для каждого адреса назначения (или для группы адресов, имеющих общую старшую часть, соответствующую адресу сети) указывается номер порта, на который нужно передать приходящий пакет. Таблица маршрутизации по назначению аналогична адресной таблице коммутатора, но образуется она не путем изучения адресов проходящего трафика, а либо вручную администратором, либо с помощью обмена между коммутаторами АТМ специальных служебных данных о топологии связей сети. Протокол обмена топологической информацией для сетей АТМ имеет название РNNI –Private Network to Network Interface. Он разработан и принят в качестве стандарта. В приведенном примере в соответствии с таблицей маршрутизации оказалось необходимым передать пакет запроса на установление соединения с порта 1 на порт 0. Одновременно с передачей пакета маршрутизатор изменяет у пакета номер виртуального соединения – он присваивает пакету первый не использованный номер виртуального канала для данного порта данного коммутатора, например 1. Каждый конечный узел и каждый коммутатор ведет свой список использованных и свободных номеров виртуальных соединений для своих портов.

Кроме таблицы маршрутизации для каждого порта составляется таблица коммутации. В таблице коммутации входного порта маршрутизатор отмечает, что в дальнейшем пакеты, прибывшие на этот порт с номером 15, должны передаваться на порт 0. причем номер виртуального канала должен быть изменен на 10. Одновременно делается и соответствующая запись в таблице коммутации порта 0 – пакеты, пришедшие по виртуальному каналу 10 в обратном направлении нужно передавать на порт с номером 1, меняя номер виртуального канала на 15.

В результате действия такой схемы пакеты данных уже не несут длинные адреса конечных узлов, а имеют в служебном поле только номер виртуального канала, на основании которого и производится маршрутизация всех пакетов, кроме пакета запроса на установление соединения. В сети прокладывается виртуальный канал, который не изменяется в течение всего времени существования соединения. Пакеты в виртуальном канале циркулируют в двух направлениях, то есть в полнодуплексном режиме, причем, конечные узлы не замечают изменений номеров виртуальных каналов при прохождении пакетов через сеть.

После образования таблицы коммутации, ячейки АТМ обрабатываются коммутаторами АТМ примерно так же, как и коммутаторами технологий локальных сетей. Исключение составляет только режим фильтрации – он отсутствует, так как в АТМ нет разделяемых сред и переданную коммутатору ячейку всегда нужно передать на какой-либо порт.

Имеются три типа виртуальных каналов:

- постоянные виртуальные каналы (permanent virtual circuits- РVС);

- коммутируемые виртуальные каналы (switched virtual circuits – SVС);

- интеллектуальные постоянные виртуальные каналы (smart permanent virtual circuits –SPVC).

РVС – это постоянное соединение между двумя конечными станциями, которое устанавливается вручную в процессе конфигурирования сети. Пользователь сообщает провайдеру АТМ-услуг или сетевому администратору, какие конечные станции должны быть соединены, и он устанавливает РVС между этими конечными станциями.

РVС включает в себя конечные станции, среду передачи и все коммутаторы, расположенные между конечными станциями. После установки РVС для него резервируется определенная часть полосы пропускания, и двум конечным станциям не требуется устанавливать или сбрасывать соединение.

SVС устанавливается по мере необходимости – всякий раз, когда конечная станция пытается передать данные другой конечной станции. Когда отправляющая станция запрашивает соединение, сеть АТМ распространяет адресные таблицы и сообщает этой станции, какие VCI и VPI должны быть включены в заголовки ячеек. Через произвольный промежуток времени SVС сбрасывается.

SVС устанавливается динамически, а не вручную. Для него стандарты передачи сигналов уровня АТМ определяют, как конечная станция должна устанавливать, поддерживать и сбрасывать соединение. Эти стандарты также регламентируют использование конечной станцией при установлении соединения параметров QoS из уровня адаптации АТМ.

Кроме того, стандарты передачи сигналов описывают способ управления трафиком и предотвращения «заторов»: соединение устанавливается только в том случае, если сеть в состоянии поддерживать это соединение. Процесс определения, может ли быть установлено соединение, называется управлением признанием соединения (connection admission control- САС).

SPVС – это гибрид РVС и SVС. Подобно РVС, SPVС устанавливается вручную на этапе конфигурирования сети. Однако провайдер АТМ-услуг или сетевой администратор задает только конечные станции. Для каждой передачи сеть определяет, через какие коммутаторы будут передаваться ячейки.

Большая часть раннего оборудования АТМ поддерживала только РVС. Поддержка SVС и SPVС начинает реализовываться только сейчас.

РVС имеют два преимущества над SVС. Сеть, в которой используются SVС, должна тратить время на установление соединений, а РVС устанавливаются предварительно, поэтому могут обеспечить более высокую производительность. Кроме того, РVС обеспечивают лучший контроль над сетью, так как провайдер АТМ-услуг или сетевой администратор может выбирать путь, по которому будут передаваться ячейки.

Однако и SVС имеют ряд преимуществ перед РVС. Поскольку SVС устанавливается и сбрасывается легче, чем РVС, то сети, использующие SVС, могут имитировать сети без установления соединений. Эта возможность оказывается полезной в том случае, если вы используете приложение, которое не может работать в сети с установлением соединений. Кроме того, 8УС используют полосу пропускания, только когда это необходимо, а РVС должны постоянно ее резервировать на тот случай, если она понадобится. SVС также требуют меньшей административной работы, поскольку устанавливаются автоматически, а не вручную. И наконец, SVС обеспечивают отказоустойчивость: когда выходит из строя коммутатор, находящийся на пути соединения, другие коммутаторы выбирают альтернативный путь. В некотором смысле SPVС обладает лучшими свойствами этих двух видов виртуальных каналов. Как и в случае с РVС, SPVС позволяет заранее задать конечные станции, поэтому им не приходится тратить время на установление соединения каждый раз, когда одна из них должна передать ячейки. Подобно SVС, SPVС обеспечивает отказоустойчивость. Однако и БРУС имеет свои недостатки: как и РVС, SPVС устанавливается вручную, и для него необходимо резервировать часть полосы пропускания – даже если он не используется.

Стандарты установления соединения для уровня АТМ также определяют виртуальные пути (virtual path). В то время как виртуальный канал – это соединение, установленное между двумя конечными станциями на время их взаимодействия, виртуальный путь – это путь между двумя коммутаторами, который существует постоянно, независимо от того, установлено ли соединение. Другими словами, виртуальный путь – это «запомненный» путь, по которому проходит весь трафик от одного коммутатора к другому.

Виртуальные каналы.

Физический канал передачи (оптоволокно, UТР, SТР, коаксиал)

^\——Виртуальные пути

Когда пользователь запрашивает виртуальный канал, коммутаторы определяют, какой виртуальный путь использовать для достижения конечных станций. По одному и тому же виртуальному пути в одно и то же время может передаваться трафик более чем для одного виртуального канала. Например, виртуальный путь с полосой пропускания 120 Мбит/с может быть разделен на четыре одновременных соединения по 30 Мбит/с каждый.

Уровень адаптации АТМ и качество сервиса.

В модели OSI стандарты для сетевого уровня определяют, как осуществляется маршрутизация пакетов и управление ими. В модели АТМ стандарты для уровня адаптации АТМ выполняют три подобные функции:

- определяют, как форматируются пакеты;

- предоставляют информацию для уровня АТМ, которая дает возможность этому уровню устанавливать соединения с различным QoS;

- предотвращают "заторы".

Уровень адаптации АТМ состоит из четырех протоколов (называемых протоколами ААL), которые форматируют пакеты. Эти протоколы принимают ячейки с уровня АТМ, заново формируют из них данные, которые могут быть использованы протоколами, действующими на более высоких уровнях, и посылают эти данные более высокому уровню. Когда протоколы ААL получают данные с более высокого уровня, они разбивают их на ячейки и передают их уровню АТМ.

В стандартах В-ISDN определены следующие протоколы ААL: ААL 1, ААL 2, ААL 3/4 и ААL 5. Однако АТМ Forum разработал только три из них - ААL 1, ААL 3/4 и ААL 5.

Каждый протокол ААL упаковывает данные в ячейки своим способом. Все эти протоколы, за исключением ААL 5, добавляют некоторую служебную информацию к 48 байтам данных в ячейке АТМ. Эти "издержки" включают в себя специальные команды обработки для каждой ячейки, которые используются для обеспечения различных категорий сервиса.

Уровень адаптации АТМ определяет также четыре категории сервиса:

- постоянная скорость передачи в битах (constant bit rate- СВR.);

- переменная скорость передачи в битах (variable bit rate -VBR);

- неопределенная скорость передачи в битах (unspecified bit rate- UBR);

- доступная скорость передачи в битах (available bit rate-ABR).

Эти категории используются для обеспечения различных уровней качества сервиса (QoS) для разных типов трафика. В таблице 5 приведены характеристики каждой категории. QoS определяет уровень сервиса, который может предоставить сеть.

Таблица 5.

CBR	VBR(RТ, NRТ)	АВR	UBR
С установлением соединения			Без установления соединения
Сохранение синхронизации		Задержки допустимы
Постоянная скорость в битах	Переменная скорость в битах
Аудио-и видеосигналы	RТ: сжатые аудио-и видеосигналы NRТ: Frame ге1ау	ТСР/IР и трафик локальной сети

Категория СВR используется для восприимчивого к задержкам трафика, такого как аудио- и видеоинформация, при котором данные передаются с постоянной скоростью и требуют малого времени ожидания. СВК гарантирует самый высокий уровень качества сервиса, но использует полосу пропускания неэффективно. Чтобы защитить трафик СВR от влияния других передач, СВR всегда резервирует для соединения определенную часть полосы пропускания, даже если в данный момент в канале не происходит никакой передачи. Таким образом, резервирование полосы пропускания является особенно большой проблемой при работе по WAN-каналам, когда абоненту приходится платить за каждый мегабит полосы пропускания независимо от того, используется ли виртуальный канал.

Существуют также два видаVBR. которые используются для различных типов трафика: VBR реального времени (Real time VBR- RТ-VBR) требует жесткой синхронизации между ячейками и поддерживает восприимчивый к задержкам трафик, такой как уплотненная речь и видео. VBR нереального времени (Non-real-time VBR - NRТ-VBR) не нуждается в жесткой синхронизации между ячейками и поддерживает допускающий задержки трафик, такой как трансляция кадров (Frame ге1ау).

Поскольку VBR не резервирует полосу пропускания, она используется более эффективно, чем в случае с СВR. Однако в отличие от СВR, VBR не может гарантировать качества сервиса.

UBR применяется для трафика типа ТСР/1Р, который допускает задержки. ПодобноVBR, UBR не резервирует дополнительной полосы пропускания для виртуального канала. В результате один и тот же виртуальный канал может многократно применяться для нескольких передач, таким образом, полоса пропускания используется более эффективно. Однако поскольку UBR не гарантирует качества сервиса, в сильно загруженных сетях UBR-трафик теряет большое число ячеек и имеет много повторных передач.

Подобно UBR, АВR используется для передачи трафика, который допускает задержки, и дает возможность многократно использовать виртуальные каналы. Однако если UBR не резервирует полосы пропускания и не предотвращает потерь ячеек, то АВR обеспечивает для соединения допустимые значения ширины полосы пропускания и коэффициента потерь.

СВR, VBR, UBR, и АВR включают в себя различные параметры трафика, например среднюю и пиковую скорости, с которыми конечная станция может передавать данные. Эти категории сервиса также включают в себя следующие параметры качества сервиса (QoS).

Коэффициент потерь ячеек (Се11 loss ratio) определяет, какой процент высокоприоритетных ячеек может быть потерян за время передачи.

Задержка передачи ячейки (Се11 transfer dе1ау) определяет количество времени (или среднее количество времени), требуемое для доставки ячейки адресату.

Изменение задержки передачи ячейки (Се11 dе1ау variation- СDV) - допустимые изменения в распределении группы ячеек между конечными станциями. Высокое значение CDVприводит к прерыванию аудио-и видеосигналов.

Перед установлением соединения конечная станция запрашивает одну из четырех категорий сервиса. Затем сеть АТМ устанавливает соединение, используя соответствующие параметры трафика и QoS. Например, если конечная станция запросила соединение СВR для передачи видеоинформации, сеть АТМ резервирует необходимую ширину полосы пропускания и использует параметры трафика и QoS для обеспечения допустимых значений скорости передачи, коэффициента потерь ячеек, задержки и изменения задержки.

Сеть АТМ использует параметры QoS и для зашиты трафика, т. е. предотвращения перегрузки сети. Сеть "следит" за тем, чтобы установленные соединения не превышали максимальной ширины полосы пропускания, которая им была предоставлена. Если соединение начинает ее превышать, сеть отказывается передавать ячейки. Кроме того, сеть АТМ определяет, какие ячейки можно отбросить в случае ее переполнения: она проверяет параметры QoS данного соединения и отбрасывает ячейки, для которых установлен высокий коэффициент потерь. И наконец, сеть отказывается устанавливать соединения, если не может их поддерживать.

Способность АТМ обеспечивать для приложений различные уровни Оо8 считается одним из достоинств данной технологии. Пользователи могут резервировать только ту полосу пропускания, которая им необходима; при этом сохраняется качество передаваемых аудио- и видеосигналов, а сеть предохраняется от переполнения. Однако для того чтобы получать реальную выгоду от качества сервиса в сети АТМ, необходимы приложения, рассчитанные на его использование.

Производители оборудования АТМ и организации, занимающиеся стандартизацией этой технологии, изобретают различные способы, которые должны позволить приложениям использовать QoS. Например, несколько производителей АТМ работают над тем, чтобы расширить протокол резервирования ресурсов (Resource Presrvation Protocol-RSVP) таким образом, чтобы приложения могли запрашивать QoS. Кроме того, чтобы дать возможность приложениям, созданным без учета специфики АТМ, пользоваться преимуществами QoS, ряд производителей разрабатывают программное обеспечение Legacy Application Quality of Service, которое будет встраиваться в устройства доступа к локальным сетям и сетевые интерфейсные платы АТМ.

Это ПО даст возможность устройствам и платам устанавливать соединения с различными уровнями QoS в зависимости от типа приложения, адресов источника и адресата и других параметров.

Стандарты модели АТМ.

АТМ Forum разработал много стандартов, основанных на модели АТМ, в

том числе следующие:

- User-to-User intrface(UNI - интерфейс "пользователь-сеть") _ определяет интерфейс между конечной станцией и коммутатором;

- Private Network-to-Network interface (РNNI - частный интерфейс "сеть-сеть"), - определяет интерфейс между коммутаторами.

Эти стандарты определяют, как рабочие станции и коммутаторы взаимодействуют в сети АТМ. Стандарты UNI, разработанные АТМ Forum, определяют, каким образом устройства взаимодействуют с коммутатором. На рисунке 3 показано, как пакет передается с рабочей станции коммутатору. Сначала пользователь посылает данные, например аудио-, видеоинформацию и т.д. В соответствии с типом данных какой-либо из четырех протоколов ААL получает эти данные и разбивает их на ячейки. Затем ячейки передаются на уровень АТМ, который добавляет к ним информацию, необходимую для маршрутизации.

Потом ячейки передаются на физический уровень, разбивающий их на биты и посылающий через среду передачи коммутатору.

Рабочая станция
Протоколы ALL		Коммутатор			Коммутатор
Уровень АТМ		Уровень АТМ (передача сигналов, маршрутизация)			Уровень АТМ (передача сигналов, маршрутизация)
Физический уровень Физический уровень					Физический уровень
	UNI			PNNI

Рис. 36. Взаимодействие рабочей станции АТМ с коммутатором.

Спецификация РNNI, разработанная АТМ Forum. включает в себя стандарты, которые дают возможность двум коммутаторам различных производителей работать вместе. На рисунке 3 показано, как ячейка проходит через коммутатор АТМ. Коммутатор получает ячейку на физическом уровне как физический сигнал, передает этот сигнал на уровень АТМ и преобразовывает его в ячейку. Затем коммутатор проверяет заголовок ячейки, определяя, куда она должна быть направлена, снова преобразует ячейку в физический сигнал и передает его следующему коммутатору или конечной станции.

РNNI - это протокол маршрутизации с определением состояния связи, подобный протоколу Netware Link Services Protocol (NLSP), используемому в сетях IРХ, и протоколу маршрутизации Open Shortest Path First (OSPF), применяемому в IР-сетях. Данный протокол позволяет коммутаторам распространять информацию о топологии сети и качестве сервиса, поддерживаемом сетью АТМ. В результате каждый коммутатор "понимает" топологию всей сети и может определять маршрут по сети с учетом специфических условий трафика, например перегрузок.

Кроме того. поскольку РNNI дает возможность коммутаторам распространять информацию иерархическим образом, то для пересылки ячеек каждому из них не нужно знать топологию всей сети. Провайдер АТМ-услуг или сетевой администратор может разделить сеть на несколько концептуальных уровней, и тогда каждый коммутатор должен будет знать топологию только того уровня, к которому он относится. Таким образом, можно создавать чрезвычайно большие сети, не перегружая коммутаторы информацией.

Сеть также может содержать только один уровень. Сеть АТМ, имеющая только один уровень, способна поддерживать приблизительно 200 коммутаторов.

На самом низком уровне сетевой топологии коммутаторы разделены на кластеры, называемые "группами равных" (реег groups). Все коммутаторы, относящиеся к такой группе, обмениваются друг с другом маршрутизационной информацией. Коммутатор, который является граничным узлом (входит более чем в одну группу), обменивается маршрутизационной информацией со всеми группами равных, к которым он принадлежит. Таким образом, группы "узнают", как направлять ячейки адресатам, находящимся в пределах досягаемости одной из групп. Используя РNNI, коммутаторы внутри каждой группы равных выбирают так называемого "лидера" группы.

На следующем уровне сетевой топологии несколько лидеров групп равных составляют собственную группу равных, а затем с помощью РNNI также выбирают лидера. Эти лидеры могут составлять группу равных следующего уровня и так далее, до самого высокого уровня, на котором вся сеть представляется одной группой равных.

Рис. 37. Топология коммуникационных связей.

Коммутаторы, находящиеся на самом низком уровне сетевой топологии, используют для определения маршрутов информацию с более высоких уровней. В результате коммутаторы не должны знать топологию всей сети.

Стандарты РNNI также устанавливают, как должна выполняться передача сигналов. Стандарты РNNI на передачу сигналов определяют, каким образом устанавливаются, поддерживаются и сбрасываются виртуальные каналы АТМ с соответствующим качеством сервиса. Кроме того, эти стандарты регламентируют осуществление защиты сети от переполнения, разрешая устанавливать только те соединения, которые сеть может поддерживать, и, следя за тем, чтобы существующие соединения не использовали большую ширину полосы пропускания, чем им была выделена.

Большинство выпускаемых коммутаторов АТМ обеспечивает производительность 155 Мбит/с. Для компаний, которые в настоящее время имеют сети, работающие со скоростью 10 Мбит/с, использование оборудования АТМ на 155 Мбит/с для подключения рабочих станций может оказаться слишком большим прыжком. Стоимость такого оборудования часто является неприемлемо высокой, тем более что 155-мегабитная АТМ не способна работать на неэкранированной витой паре (UТР) и для ее реализации может потребоваться создание новой кабельной системы.

В результате АТМ Forum принял спецификацию сети АТМ со скоростью 25 Мбит/с, которая может работать на кабеле UTP категории 3. Поскольку такая сеть является достаточно быстрой для передачи аудио- и видеоинформации и ее реализация может обойтись дешевле, чем 155-мегабитная АТМ, то АТМ со скоростью 25 Мбит/с является идеальным решением для компаний, которые не могут позволить себе дорогую сеть или еще не нуждаются в скорости 155 Мбит/с.

Иерархия скоростей доступа - это также одна из особенностей технологии АТМ, делающей ее очень удобной для применения в сложных сетях. При насыщении какой-либо части сети слишком интенсивным трафиком конечных узлов не нужно переходить на принципиально новую технологию, достаточно просто установить новый, более скоростной интерфейсный модуль коммутатора.

Помимо АТМ со скоростью 25 Мбит/с и 155 Мбит/с, существует АТМ со скоростью 622 Мбит/с, работающая только на оптоволоконном кабеле. Данная технология позволяет построить сеть для передачи больших объёмов данных, организации видеоконференций и работы различных сетевых мультимедийных приложений. Разработчики утверждают, что организация построившая подобную сеть может несколько десятков лет не опасаться перегрузок в системе.

Как уже отмечалось, АТМ является одним из подмножеств множества протоколов В-ISDN. АТМ разрабатывалась для построения как общественных (public), так и частных (private) сетей. Соответственно АТМ имеет две формы интерфейса "пользователь-сеть" (UNI):

- public UNI определяет интерфейс между публичной сетью АТМ и частным АТМ-коммутатором.

- private UNI определяет интерфейс АТМ с конечным пользователем и частным АТМ-коммутатором.

Такое различие является важным потому что каждый интерфейс может использовать различную физическую среду передачи и простираться на различные географические расстояния. UNI является одним из важнейших протоколов, т.к. он определяет процедуры взаимодействия между пользовательским оборудованием и АТМ-узлом.

SERVER

Рис. 38. Возможная топология сети АТМ.

На рисунке представлен пример звездообразной топологии, соединение типа точка-точка, но ничего не запрещает использовать и другие конфигурации, например многоточечные. АТМ предназначен для поддержки разнообразных приложений, что позволяет осуществлять передачу голоса, видео и данных через одно и тоже коммутирующее устройство. Коммутаторы АТМ на границе глобальной сети (Wide Area Network) используют интерфейс public UNI для связи с АТМ-устройствами, установленными у абонентов. В свою очередь, абонентские устройства АТМ подключены по интерфейсу private UNI к ЛВС, учрежденческим АТС и прочее оборудование. Private UNI обычно работает по частным оптоволоконным или медным каналам, в то время как public UNI использует SONET/SDH. Также в private UNI нет необходимости в сложных процедурах мониторинга, присущих public UNI.

Контрольные вопросы:

1. Какие категории сервиса используются в АТМ?

2. Какие две формы интерфейса "пользователь-сеть" (UNI) используются в АТМ?

3. Какой интерфейс используют АТМ-устройства пользователя для связи с коммутаторами?

4. Какую структуру данных использует public UNI?

5. Использует ли АТМ QoS?

6. Какие четыре категории сервиса используются в АТМ?

7. С какими скоростями работает АТМ?

8. В чем отличие виртуального канала от виртуального пути?

Лекция № 12

Локальные сети ЭВМ (ЛВС)

Типы структур локальных сетей.

ЛВС- это коммуникационная система, поддерживающая в пределах здания или некоторой другой ограниченной территории один или несколько высокоскоростных каналов передачи цифровой информации, представляемых подключенным устройствам для кратковременного монопольного использования.

Это определение исключает системы коммутации каналов. Территории, охватываемые ЛВС, могут существенно различаться. Длины линий связи некоторой системы могут быть меньше или равными 1000 метров., другие же ЛВС могут обслуживать целый город.

Принцип единого общего канала – это основа концепции ЛВС. Общий канал трактуется на логическом уровне, а не на физическом (широкополосный канал – это несколько логических каналов).

Требования к ЛВС, ориентированным на передачу данных изучались комитетом по стандартизации ЛВС IEEE и были приняты как стандарт 802.

Основные требования стандарта следующие:

Назначение.

ЛВС должна выполнять разнообразные функции по передаче данных, включая передачу файлов, поддержку терминалов, электронную почту, обмен с внешними запоминающими устройствами, обработку сообщений.

Идеальная ЛВС обеспечивает передачу речи в реальном времени (то есть телефонная связь) и видеообслуживание.

ЛВС должна допускать подключение большого набора стандартных и специальных устройств (ЭВМ, терминалов, внешней памяти,графопостроителей, фотокопировальных устройств, шлюзов к другим сетям, телефонов, телекамер и т.д.) и поддерживать комплекс стандартных интерфейсов.

Стоимость ЛВС должна быть низкой, а стоимость подключения к сети должна быть малой, по сравнению со стоимостью самих устройств.

Требования и характеристики.

ЛВС должна доставлять пакеты с высокой надежностью.

ЛВС должна обеспечивать «прозрачный» режим обслуживания, принимать и предавать любые сочетания битов.

Коммуникации меду подключенными устройствами должны осуществляться непосредственно через шину без использования промежуточной памяти некоторого третьего устройства.

Одна ЛВС должна поддерживать не менее 200 устройств и охватывать территорию не менее, чем в двух километрах (требование некритично).

Скорость передачи должна составлять 1-20 Мбит/сек.

ЛВС должна допускать простое подключение новых устройств и подключение старых.

Устройство должно быть способным адресовать пакеты другому устройству, группе устройств, всем подключенным устройствам.

ЛВС должна позволять некоторым пользователям назначать и менять их собственный адрес.

Необходимо обеспечить обработку различных слов и символов том… и некратных восьми.

Пропускная способность ЛВС не должна существенно снижаться при достижении полной нагрузки.

Максимальная задержка передачи пакета через ЛВС должна быть детерминированной, то есть поддаваться предварительному расчету.

Топология ЛВС.

Конфигурации ЛВС делятся на 2 основных класса: широковещательные и последовательные. В широковещательных конфигурациях каждая станция передает сигналы, которые могут быть восприняты всеми остальными станциями. К таким конфигурациям относится шина, дерево и звезда.

В широковещательных конфигурациях должна применяться сравнительно мощные приемники и передатчики, которые могут работать в большом диапазоне уровней.

Рис. 39. Топологии ЛВС.

Обычно это проблема частично решается введением ограничений на длину кабельного сегмента и на число подключений или соответствующая секция кабеля подключается через аналоговый усилитель или цифровой повторитель. Поскольку в широковещательных ЛВС в любой момент времени может работать только одна станция, передаваемая служебная информация используется для установления контроля станции над сетью. Контроль реализуется в течение всего периода распространения сигнала по сети, обработки его в удаленной станции и получения ответа. Этот интервал времени называется тактом. Такт не может быть по длительности меньше, чем 10 мкс, где - протяженность сети в километрах, так как электрический сигнал передается по проводам со скоростью 2/3 скорости света в вакууме ( мкс). Реальная продолжительность такта, как правило, превышает это значение на время, необходимое для передачи управляющего сообщения, реакции на него удаленной станции, прохождение сигнала через повторители. Служебная информация присутствует в любой передаче, поэтому желательно, чтобы средняя продолжительность передачи намного превышала длительность такта. Обычно широковещательные ЛВС проектируются с расчетом на передачу пакета довольно большой длины. Во многих широковещательных ЛВС получатель пакета может квитировать прием только обратной пересылкой всего пакета. Так как при этом полезную информацию содержат всего несколько битов, подобная процедура оказывается весьма неэффективной, и в протоколах ее стараются не применять.

В последовательных конфигурациях любая станция передает информацию только одной из станций. В число последовательных конфигурации входят кольцо, звезда с интенсивным центром, снежинка, сетка.

Рис. 40. Топологии ЛВС.

К приемо-передатчикам здесь предъявляются более низкие требования, чем в широковещательной конфигурации, и на разных участках сети могут использоваться разные виды физической передающей среды.

В широковещательных конфигурациях и цепочках каждый сегмент кабеля должен обеспечить передачу сигналов в обоих направлениях, что достигается тремя путями:

1. использованием одного кабеля поочередно для передачи в двух направлениях;

2. с помощью двух однонаправленных кабелей.

3. применением в широкополочных системах различной несущей частоты для передачи сигналов в двух направлениях.

Так как ЛВС должна быть дешевой, то наиболее употребительные конфигурации – шина, дерево и кольцо. В качестве физической среды используют многожильные кабели, витые пары, коаксиальные кабели и оптоволоконные кабели.

Принципы передачи сигналов в ЛВС во многом определяются физической средой. В ЛВС, работающих в основной полосе частот, дискретный сигнал непосредственно предается в кабель. В широкополосных системах цифровые данные модулируют несущую, формируемую генератором.

Для увеличения дальности передачи используют усилители.

В широкополосных системах усилители аналоговые (так как рассчитаны на сочетание цифровой и аналоговой - телевизионной, речь – информации) и вместе с сигналами усиливают и шум. В ЛВС в основной полосе частот усилители – это повторители, и шум не усиливают.

Системы в основной полосе обычно дешевле широкополосных.

На практике дальность передачи и в тех и в других системах зависит скорее от алгоритма доступа к среде, чем от технологии передачи сигналов.

В широковещательных ЛВС следующие друг за другом пакеты передаются как правило разными станциями, поскольку эти станции территориально разнесены, пакеты оказываются не синхронизированными. В таких системах необходимо посылать предварительный сигнал для предупреждения о передаче пакета и установления синхронизации. Однако разные приемники могут синхронизироваться одновременно, поэтому предварительно сигнал должен завершаться особой последовательностью, означающей начало передачи полезных данных.В ЛВС Ethernet предупреждающий сигнал содержит 64 бита: 31 повторение последовательности «10», завершаемое последовательностью «11». Благодаря манчестерскому кодированию этот сигнал напоминает меандр с частотой в два раза меньше, чем скорость передачи в системе.

Сетевое взаимодействие в ЛВС осуществляется на основе семиуровневой модели МОС(ISO). В ЛВС семиуровневая модель приспосабливается к задачам ЛВС - стандарт IEEE-802, в котором выполняется дальнейшая декомпозиция уровней 1 и 2.

Пересмотренная модель показана рисунке 41.

Верхние уровни

Уровни ISO

Управление логическим каналом lLLC(LLC)

Канальный

уровень

Управление доступом к среде (MAC)

Средства подключения к физической среде (PMA)

Физическая среда

Передача физических сигналов (PS)

Кабель устройства доступа

Соединитель устройства доступа

Физический

уровень

Физическая среда

Рис. 41. Эталонная модель IEEE 802

Контрольные вопросы:

1. Какие виды сервиса может предоставлять ЛВС?

2. Какие топологии используются в широковещательных конфигурациях?

3. Какие топологии используются в последовательных конфигурациях?

4. Что используется в качестве физической среды в ЛВС?

5. Какие системы дешевле: работающие в основной полосе или широкополосные?

6. В чем отличие 2-го уровня ISO от аналогичного в ЛВС?

7. Какие требования предъявляются к ЛВС?

8. Как производится синхронизация станций в широкополосных ЛВС?

Лекция № 13.