Глобальные сети с коммутацией пакетов

Служба коммутации пакетов (packet-switching service) передает данные между двумя точками, маршрутизируя пакеты через коммутирующую сеть, принадлежащую поставщику транспортных услуг (телефонной компании). Конечным результатом является соединение с высокой пропускной способностью, сравнимое по производительности выделенной линией. Но главным преимуществом службы этого типа является то, что одно глобальное соединение может предоставить доступ к множеству удаленных узлов, просто за счет использования различных маршрутов через сеть. Frame Relay (Ретрансляция кадров) и ATM - это две наиболее популярных на сегодня службы коммутации пакетов. Ретрансляция кадров базируется на пакетах переменной длины, которые называются кадрами, в то время как ATM вместо них использует 53-байтовые ячейки.

Служба коммутации пакетов состоит из сети высокоскоростных соединений, которая иногда называется «облаком». Когда данные достигают облака, служба может направить их с высокой скоростью к месту назначения. Для потребителя основной задачей является доставка своих данных к ближайшей POP (Point of Presence – точка присутствия) телефонной компании, подключенной к облаку, последующая же коммутация выполняется поставщиком транспортных услуг. Как только данные достигают граничного коммутатора, они отправляются через облако другому граничному коммутатору, а от него к другой POP, где они передаются в частную линию, соединяющую облако и место назначения.

Ретрансляция кадров (frame relay) появилась, чтобы стать наиболее популярной технологией глобальных сетей, используемой сегодня, поскольку она обеспечивает высокие скорости передачи, характерные для выделенных линий, и при этом обладает большой гибкостью и низкой ценой. Служба ретрансляции кадров работает на Канальном уровне эталонной модели и обеспечивает пропускную способность от 56 Кбит/с до 44,736 Мбит/с. Потребитель оговаривает согласованную скорость передачи формации с поставщиком услуг, который гарантирует указанную величину пропускной способности, даже если сетевая среда передачи будет разделяться между пользователями. Одно из основных преимуществ ретрансляции кадров заключается в том, что поставщик услуг может динамически предоставлять пропускную способность для соединений своих клиентов по мере необходимости.

Каждая сеть, подключаемая к облаку frame-relay, должна иметь устройство FRAD (frame-relay access device, устройство для доступа к frame-relay), которое реализует функции интерфейса к облаку от локальной сети и выделенной линии (или другого типа соединения), как показано на рис. 20.

Рис. 20. Пример соединения frame-relay

FRAD принимает из локальной сети пакеты, предназначенные для других сетей, обрезает заголовок Канального уровня и упаковывает дейтаграммы в кадры для передачи через облако. Таким же образом FRAD обрабатывает кадры, полученные из облака, и упаковывает их для пересылки через локальную сеть. Разница между FRAD и обычным маршрутизатором заключается в том, что FRAD не принимает участия в маршрутизации пакетов через облако. Это устройство просто направляет все пакеты из локальной сети граничному коммутатору, расположенному в POP поставщика услуг.

Еще одним аппаратным элементом, вовлеченным в установку frame-relay, является соединение с ближайшей POP. Наиболее часто используемым в технологии ретрансляции кадров типом соединения является выделенная линия. Когда устанавливаются выделенные линии, важно владеть информацией о количестве виртуальных каналов, которые могут быть «протянуты» от FRAD к другим сетям клиента. В отличие от частной сети, составленной из выделенных линий к каждому узлу, одно соединение через выделенную линию между FRAD и граничным коммутатором поставщика будет передавать все данные глобальной сети к локальной сети и наоборот. Поэтому, если при помощи глобальных связей frame-relay соединяются восемь удаленных площадок, то выделенная линия к каждой из площадок должна обеспечивать пропускную способность, равную общей пропускной способности всех семи виртуальных каналов к другим площадкам.

Виртуальные каналы являются основой для соединений frame-relay. Существует два типа виртуальных каналов: постоянные (PVC)и коммутируемые (SVC). Каналы PVC проходят через облако, которое используется для соединений глобальной сети между узлами клиента. В отличие от стандартной межсетевой маршрутизации, каналы PVC не являются динамическими. Владелец службы frame-relay создает для соединений между узлами маршрут через свое облако, присваивая соединениям 10-разрядный номер, носящий название идентификатора канала передачи данных (DLCI, data link connection identification), и программируя его в свои коммутаторы. Программирование FRAD состоит из предоставления ему номеров DLCI для всех каналов PVC, ведущих к другим устройствам FRAD. Кадры, передаваемые между двумя узлами, всегда следуют по одному и тому же маршруту через облако и используют DLCI как адрес Канального уровня. Несмотря на то, что виртуальный канал считается постоянным, поставщик услуг может изменить маршрут в течение нескольких часов, в случае если местоположение одного из узлов клиента изменится.

Хотя изначально предполагалось применять ретрансляцию кадров для передачи данных, ее также можно задействовать для доставки других типов трафика, таких как речь и видеоизображение. Эта возможность становится все более популярной, но использование каналов PVC делает ее трудноосуществимой из-за невозможности быстрой установки новых каналов PVC между пользователями. Чтобы сделать данную область применения технологии более практичной поставщики услуг стали предоставлять каналы SVC, которые являются временными маршрутами через облако, динамически создаваемыми по мере необходимости.

ATM (Asynchronous Transfer Mode, асинхронный режим передачи) был разработан для передачи речи, данных и видео по различным типам сетевой среды с использованием высокоскоростного, двухточечного полнодуплексного, ориентированного на установление соединения протокола с коммутацией ячеек. Асинхронный режим передачи отличается от ретрансляции кадров тем, что использует ячейки предопределенного размера вместо кадров переменной длины. Это упрощает управление пропускной способностью соединения, а также ее точное измерение. В отличие от ретрансляции кадров, которая может применяться только для соединений глобальной сети, ATM может быть как протоколом глобальной сети, так и протоколом ЛВС. Это означает, что ячейки, созданные рабочей станцией, могут быть переданы коммутатору, соединяющему ЛВС со службой поставщика услуг ATM, и отправлены дальше через облако поставщика услуг ATM в сеть назначения. На промежуточных системах нет необходимости передавать ячейки по сетевому стеку выше Канального уровня, и поэтому скорость передачи через облако может достигать 2,46 Гбит/с.

Однако этот впечатляющий потенциал в реальном мире в больших масштабах еще не реализован. ATM используется как протокол для высокоскоростных магистралей и для соединений глобальной сети, а 25 Мбит/с ATM - решения для локальной сети, предназначенные для внедрения на рабочие места, были вытеснены Fast Ethernet, который работает со скоростью 100 Мбит/с и более близок большинству администраторов сетей.

Службу коммутации кадров ATM можно использовать для соединений глобальной сети приблизительно таким же способом, какой был рассмотрен для случая ретрансляции кадров. Необходимо установить маршрутизатор и соединить его выделенной линией с POP поставщика услуг. В подобной конфигурации данные локальной сети вначале передаются к POP, а затем переупаковываются в ячейки. Однако также возможно установить коммутатор ATM на каждой удаленной стороне, либо как часть магистрали ATM, либо как автономное устройство, обеспечивающее интерфейс к сети поставщика услуг. При таком способе данные локальной сети на каждой стороне преобразуются в ячейки ATM прежде, чем будут переданы через глобальную сеть.

Подобно ретрансляции кадров, ATM поддерживает оба типа виртуальных каналов: PVC и SVC. Но ATM была изначально разработана для поддержки передачи речи и видеоизображения, в то время как в ретрансляции кадров PVC и SVC появились позже, в качестве дополнения. Если в будущем необходимость передачи альтернативных видов информации, таких как речь, видеоизображение, станет превалировать, то технология ATM получит преимущество над ретрансляцией кадров, так как она обладает большей скоростью и управляемостью. Однако в настоящее время ретрансляция кадров обеспечивает более экономичное решение для глобальной сети, работающей со скоростью, достаточной для стандартных задач передачи данных по сети.