Лекция 1.Технология коммутации пакетов – платформа построения современной сетевой инфраструктуры.Открытые системы и модель OSІ. Стандартизация сетей

В первую очередь к таким технологиям можно отнести ретрансляцию

кадров(Frame Relay – FR), которая стала основой одноимённой сети FR (рис.1.1). Технология рассчитана на работу по каналам связи высокого качества и исправлению ошибок в самой сети FR уделяется меньше внимания, чем в сетях X.25 и IP, в которых узловое оборудование способнораспознавать ошибки и организовывать повторную передачу пакетов. Приобнаружении ошибок искажённые кадры уничтожаются узловым оборудованием сети FR. Восстановление таких кадров, если это требуется,осуществляется вышерасположенными уровнями модели OSI в терминальном оборудовании пользователей.

Технология ретрансляции кадров использует пакеты переменной длины, размер которых зависит от объёма информации, поступающей с верхних уровней. Кадры могут содержать до 4096 октетов полезной информации. Врезультате влияние избыточной служебной информации кадра (флаги, заголовки, концевики, которые содержат адреса, поля обработки ошибок идругую служебную информацию) может быть незначительным.

Во вторую очередь это технология B-ISDN (Broadband ISDNШирокополосная цифровая сеть с интеграцией услуг) (рис.1.1), которая является более высокоскоростной и универсальной по сравнению ссуществующими технологиями, применяемыми в телекоммуникационных сетях. Она обеспечивает максимальную эффективность при передаче речевых и телевизионных сигналов, данных, видеоинформации. B-ISDN использует технологию ATM в качестве транспортного механизма, которая:

- поддерживает динамическое выделение полосы пропускания по запросу для различного вида приложений как существующих, так и тех, которые могут появиться в будущем;

- гарантирует независимость технологии от физической среды передачи.

Функционирование B-ISDN определяется стандартами ITU, IETF,Форума ATM и других организаций, которые прописывают механизмы:

- широкополосной сигнализации;

- передачи разнородной информации;

- управления и мониторинга интегрированными услугами в глобальных сетях.

Стандарты B-ISDN определяют для технологии ATM(асинхронный способ передачи данных) интерфейс пользователя (User Network Interface – UNI) и интерфейс сеть- сеть (Networkto Network Interface – NNI).

Вначале ATM была разработана для глобальных сетей, а затем адаптирована для использования в локальных сетях, т.е. возможна реализация однородной сети от пользователя к пользователю. Причём как вглобальной, так и в локальной сети передача информации производится с помощью коммутаторов ATM и установлением соединения.

Информационной единицей переноса информации в ATM являетсяячейка фиксированной длины (53 октета), что обеспечивает предсказуемостьзадержек и ёмкостей буферов и, как следствие, высокую пропускную способность для различных видов трафика. Более высокая избыточность служебной информации (5 октетов, т.е. порядка 9,5%) в сочетании с высокими скоростями передачи (до Гбит/с) и рядом других механизмов позволяет эффективно использовать технологию ATM для таких чувствительных к задержкам приложений, как передачи речевых и видеосигналов, передачи данных в реальном масштабе времени.

В табл. 1.1 приведены сравнительные характеристики известных коммуникационных технологий. Перечисленные в таблице технологии не являются взаимоисключающими. Как правило, они взаимодействуют друг сдругом и используются совместно при создании сетей доступа или построении магистральных участков сети. Однако следует помнить, что каждая технология для достижения одних и тех же результатов по передачеинформации использует свои подходы.

IP- технология

В настоящее время технология IP получила наибольшее применение из всех существующих технологий и это связано с рядом факторов:

1. Успехом, масштабом и темпами роста сети Internet, базирующейся на стеке TCP/IP. Действительно, разработчики сетевых технологий усиленно занимаются совершенствованием стека протоколов и использует его для построения всех типов сетей (LAN, MAN, WAN), производители оборудования активно встраивают поддержку IP протокола в своё оборудование, операторы (провайдеры) реализуют сети для представления различного рода услуг.

2. Привлекательности свойств (принципов), которые одновременно являются и её достоинствами, заключающимися в:

- открытости;

- способности интегрировать практически любые другие сетевые технологии;

- отлаженности;

- надёжности и маcштабируемости.

Так, принцип открытости выражается в свободном обсуждении, исследовании и тестировании стека протоколов в рамках рабочих групп комитета IETF, доступности соответствующих спецификаций и стандартов(RFC) широкому кругу специалистов и пользователей.

Открытость также связана с лёгкостью интеграции в IP сети других технологий. В случае, когда какая- либо новая технология набрала силу и получила популярность, тут же появляются RFC, регламентирующие способвключения этой технологии в IP сеть. Именно из-за хороших интегрирующихсвойств IP протокол смог выступить в роли универсального средства, скрепляющего в единую глобальную сеть Internet множество разнообразныхтехнологий.

Совершенно необходимым для наращивания и построения сети является масштабируемость. Стек TCP/IP (Набор сетевых протоколов передачи данных, используемых в сетях, включая сеть Интернет. Название TCP/IP происходит из двух наиважнейших протоколов семейства — Transmission Control Protocol (TCPПротокол управления передачей) и Internet Protocol (IP), которые были разработаны и описаны первыми в данном стандарте) имеет хорошо продуманные решения, позволяющие за счёт многоуровнего иерархического подхода достаточно просто наращивать сеть до значительных размеров. Примером тому можетслужить организация домена (автономной системы) и объединения их в общую сетевую систему.

Следует отметить, что последние годы, связанные с бурным развитием Internet и появлением новых специфических приложений, проявились недостатки классического стека протоколов TCP/IP.

Прежде всего, сеть IP должна обеспечивать более высокую пропускную способность как на магистральных участках, так и в сетях доступа. Это достаточно тяжело реализовывать, т.к. Internet- это сложная гетерогенная сеть, включающая в себя фрагменты, работающие по различным технологиям и обладающие различными характеристиками пропускной способности и соответственно задержек. Трафик многих сетевых приложений задействует один и тот же сетевой ресурс, что недостаточно длянормальной работы приложений, поэтому в сети часто возникают заторы, вызывающие задержку и потерю данных. Решением проблемы может бытьиспользование таких высокоскоростных технологий: Gigabit Ethernet, FR, ATM, X.DSL, WDM.

Вторым немаловажным фактором является то что в классической IP сети отсутствует поддержка гарантированного качества обслуживания (QoS). Ресурсы сети распределяются на равных условиях между всеми приложениями равномерно. При этом не даётся никаких гарантий какое количество данных будет доставлено по назначению. Это связано с тем, чтоклассическая IP – сеть использует концепцию построения, в которой интеллектуальные функции сосредоточены в конечных узлах (отправителя иполучателя).

Для предоставления гарантируемых сервисов технология IP должна быть существенно модернизирована. В первую очередь ей необходимопридать большую интеллектуальность, чтобы сетевые устройства смогли дифференцировать трафик и представлять различные уровни сервиса для различных пользователей и приложений, например, так, как это делается всетях FR и ATM.

Вместе с тем добавление QoS вызывает значительные трудности, т.к. дифференцированное обслуживание различных потоков требует измененияфундаментального принципа – простоты, который изначально был заложен втехнологию и обеспечил ей успех

Ещё один недостаток, который проявился в последние годы, связан с внедрением IP- телефонии, поскольку проблема сближения телефонной индустрии и Internet является на сегодня одной из важнейших задач телекоммуникаций. Классическая сеть IP не может решить задачу передачиголосовой информации.Для разрешения проблемы ставка должна делаться на создание так называемой управляемой сети IP, что вызывает необходимость разработкиновых протоколов управления TCP/IP сетями, таких как RSVP, MPLS, RTP,SIM, Рекомендаций ITU H.323 и других, направленных на повышение качества обслуживания. Это позволяет минимизировать величину задержек,что очень важно для передачи речевых сообщений.

Поддержка IP – телефонии требует также обеспечения эффективной совместимости с существующими сетями, что связано с разработкой совершенных шлюзов, обеспечивающих согласованную работу телефонныхи IP сетей по обработке и маршрутизации телефонных соединений.

Существует также проблема группового вещания, т.е. доставка данных по схемам точка – группа, группа – группа. Её решение связано, в первую очередь, с совершенствованием маршрутизирующих устройств (алгоритмових работы), поскольку групповое вещание предполагает обработку значительных объёмов информации о состояниях источников и её приёмников

IP сеть создавалась как открытая система для обмена информацией, то существенным недостатком является её низкая безопасность и это связано стем, что практически все протоколы стека TCP/IP имеют недостаточную защиту от несанкционированного доступа.

Основными направлениями повышения безопасности являются:

- развитие технологий виртуальных частных сетей (VPN), защищающих данные в процессе передачи по IP сети. Основной VPNявляется протокол IPSec, который обеспечивает шифрование данных, аутентификацию и проверку целостности;

- применение брандмауэров, позволяющих защитить данные в местах хранения;

- совершенствование стека TCP/IP с целью устранения слабых мест в безопасности.

Все перечисленные недостатки не помешали IP технологии стать доминирующей в мире, а на её базе реализовывать глобальную сеть, котораябудет переносить все виды трафика: голос, видео и данные. Такую сетьназывают новой публичной сетью (New Public Network, NPN). Прообразом NPN и её основой может являться сеть Internet в сочетании с другими технологиями коммутации пакетов.