Обзор сетей FRAME RELAY - (реферат)
Дата добавления: март 2006г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 2
ОСНОВЫ FRAME RELAY 4
трансляция кадров 4
fr и виртуальные соединения 4
топология сети fr 5
формат кадра fr 7
сквозная коммутация 9
механизм управления потоками 9
концепция согласованной скорости передачи информации 10
интеграция речи 13
средства защиты от сбоев 15
недостатки технологии 16
ключевые документы fr 16
ПОЛОЖЕНИЕ СЕТЕЙ FRAME RELAY НА РЫНКЕ 18
почему fr 18
способы построения сети fr 18
основные тенденции рынка 19
ОБОРУДОВАНИЕ И КАНАЛЫ ДЛЯ СЕТЕЙ FRAME RELAY 22
основные критерии выбора оборудования 22
каналы для сетей fr 23
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 26
ВВЕДЕНИЕ
ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ТРАФИК.
Все большие и большие объемы клиент-серверного трафика передаются по глобальным сетям. Трафик, порождаемый клиент-серверными приложениями, написанными для локально-сетевых сред, имеет, как правило, чрезвычайно неравномерный характер: значительная пропускная способность требуется в течение коротких интервалов времени. Передача такого трафика по выделенным линиям (TDM-коммутация) или по сети с временным разделением каналов (X. 25-коммутация) не эффективна, поскольку большую часть времени доступная емкость расходуется впустую: временные слоты резервируются вне зависимости от того, передается информация или нет. В то же время, рост компьютерных приложений, требующих высокоскоростных коммуникаций, распространение интеллектуальных ПК и рабочих станций, доступность высокоскоростных линий передачи с низким коэффициентом ошибок—все это послужило причиной создания новой формы коммутации в территориальных сетях.
Основными требованиями к такой технологии являются:
высокая скорость:
низкие задержки;
разделение портов и
разделение полосы пропускания на основе виртуальных каналов. TDM-коммутация каналов обладает первыми двумя характеристиками. X. 25-коммутация пакетов— последними двумя.
Трансляция кадров, разработанная, как новая форма коммутации пакетов, как утверждается, обладает всеми четырьмя характеристиками. Эта новая технология носит название FRAME RELAY (FR).
НАДО ОГОВОРИТЬСЯ.
Надо оговориться, что источником подобной информации для меня, как, впрочем, и для подавляющего большинства других авторитетных лиц являются сильно коммерческие журналы по сетевым технологиям, среди них: ‘Сетевые технологии и средства связи’, ‘LAN’, ‘Сети (Network World)’, ‘Сети и системы связи’. Однако, тот факт, что все они заговорили об этой технологии с необычайной интенсивностью и предлагают нам (корпоративным сетям) уже готовые решения, является серьезным основанием для подробного анализа.
Следует также отметить, что новая технология имеет сильную коммерческую сторону, о чем говорит все более повышающееся количество поставщиков и пользователей услуг FR. Очевидно, что накоплен не малый опыт и в области сервиса услуг FR.
КАК ТЕБЯ НАЗВАТЬ ?
Термин “Frame Relay” еще не нашел устойчивого русского аналога. С точки зрения принадлежности этого метода ко множеству способов коммутации (коммутация сообщений, пакетов, каналов) можно было бы использовать словосочетание “коммутация кадров”. Вместе с тем другой вариант— “трансляция кадров” —подчеркивает особенности архитектуры, направленные на ускорение обработки в узлах.
ДАННЫЙ РЕФЕРАТ.
В данном реферате приведены: описание базовых концепций протокола FR, топология сетей FR, сферы применения сетей FR, основные тенденции рынка в связи с FR, оборудование и каналы для построения полнофункциональных сетей FR. Некоторые вопросы касаются особенностей практики построения сетей FR в России. Автор не претендует на полное описание технической реализации сетей FR, однако предпринята попытка дать многоплановое представление о технологии FR.
ОСНОВЫ FRAME RELAY.
Трансляция кадров.
Методология “трансляция кадров” свойственна коммутационной технологии, определяющей интерфейс коммутации кадров (FRAME RELAY INTERFACE - FRI) с целью улучшения обработки (сокращения времени ответа) и уменьшения стоимости передачи из локальной сети в территориальную и высокоскоростных соединений между ЛВС. Технология FR требует:
оконечных устройств, оснащенных интеллектуальными протоколами высоких уровней; виртуальных, свободных от ошибок каналов связи;
прикладных средств, способных осуществлять различные передачи. Данная технология не только очень подходит для управления пульсирующими трафиками между ЛВС и между ЛВС и территориальной сетью, но и адаптируется для передачи такого чувствительного к передаче трафика, как голос.
FRAME RELAY И ВИРТУАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ.
Протокол FR использует структуру кадров переменной длины и работает только на маршрутах, ориентированных на установление соединения.
Виртуальное соединение — постоянное или коммутируемое (PVC или SVC) — необходимо установить прежде, чем два узла начнут обмениваться информацией. PVC (permanent virtual circuits) —это постоянное соединение между двумя узлами, которое устанавливается вручную в процессе конфигурирования сети. Пользователь сообщает провайдеру FR-услуг или сетевому администратору, какие узлы должны быть соединены, и он устанавливает PVC между этими конечными станциями.
PVC включает в себя конечные станции, среду передачи и все коммутаторы, расположенные между конечными станциями. После установки PVC для него резервируется определенная часть полосы пропускания, и двум конечным станциям не требуется устанавливать или сбрасывать соединение.
Благодаря методу статистического мультиплексирования, несколько PVC могут разделять полосы одного канала передачи. SVC (switched virtual circuits) устанавливается по мере необходимости — всякий раз, когда один узел пытается передать данные другому узлу. SVC устанавливается динамически, а не вручную. Для него стандарты передачи сигналов определяют, как узел должен устанавливать, поддерживать и сбрасывать соединение.
PVC имеют два преимущества над SVC. Сеть, в которой используются SVC, должна тратить время на установление соединений, а PVC устанавливаются предварительно, поэтому могут обеспечить более высокую производительность. Кроме того, PVC обеспечивают лучший контроль над сетью, так как провайдер или сетевой администратор может выбирать путь по которому будут передаваться кадры. Однако и SVC имеют ряд преимуществ над PVC. Поскольку SVC устанавливаются и сбрасываются легче, чем PVC, то сети, использующие SVC, могут имитировать сети без установления соединений. Эта возможность оказывается полезной в том случае, если пользователь использует приложение, которое не может работать в сети с установлением соединений. Кроме того, SVC используют полосу пропускания, только тогда, когда это необходимо, а PVC должны постоянно ее резервировать на тот случай, если она понадобится. SVC также требуют меньшей административной работы, поскольку устанавливаются автоматически, а не вручную. И наконец, SVC обеспечивают отказоустойчивость: когда выходит из строя коммутатор, находящийся на пути соединения, другие коммутаторы выбирают альтернативный путь. Предназначение этих соединений состоит в расширении области применения FR на другие типы приложений, такие как голос, видео и защищенные приложения Internet, помимо прочих. Однако в настоящее время SVC не получили широкого распространения, в силу сложности в реализации. Как следствие, PVC является наиболее распространенным режимом связи в сети FR.
ТОПОЛОГИЯ СЕТИ FRAME RELAY
Соединения FR функционируют на канальном уровне —второй уровень модели OSI (см. рис. 1), используя общую (public), частную (private) или гибридную (hybrid) среду передачи.
Рисунок 1. Пример “Frame Relay”-архитектуры
Сеть FR состоит из переключателей (switches) FR, объединенных цифровой средой передачи. Конечное оборудование, к примеру, маршрутизаторы, связываются через FR сеть в одном или нескольких направлениях. В стандартной терминологии, переключатели FR принадлежат к классу устройств DCE (Data Communications Equipment), а конечное оборудование пользователя— к классу DTE (Data Terminal Equipment). DTE объединяются по спецификациям протокола FR UNI (FR User-to-Network Interface). Переключатель FR, представляющий UNI, читает адреса приходящих кадров и маршрутизирует в соответствующем направлении.
Физически сети FR образуют ячеистую структуру коммутаторов. Общая топология сети приведена на рисунке 2.
Протокол FR может интегрироваться c многими протоколами, такими как ATM, X. 25, IP, SNA, IPX и. т. д...
Рисунок 2. Топология сети Frame Relay
Примеры подобных архитектур будут приведены позже. Например, на рис. 1 можно наблюдать интеграцию протоколов FR и ATM (в силу своей эффективности, наиболее распространенный случай). В данном случае сеть ATM предоставляет виртуальный свободный от ошибок канал связи.
FR позволяет передавать кадры размером до 4096 байт, а этого достаточно для пакетов Ethernet и Token Ring, максимальная длина которых составляет 1500 и 4096 байт соответственно. Благодаря этому FR не предусматривает накладные расходы на сегментацию и сборку.
ФОРМАТ КАДРА FRAME RELAY
Для транспортировки по сети FR, данные сегментируются в кадры. Формат кадра FR приведен на рис. 3. Один или несколько однобайтовых флагов служат для разделения кадров.
Кадр имеет различную длину, а заголовок коммутируемого кадра содержит 10-битовый номер, идентификатор соединения канала данных (Data Link Connection Identifier— DLCI).
Рисунок 3. Формат кадра Frame Relay
Приведем назначение полей заголовка кадра FR:
DLCI - идентификатор соединения;
C/R - поле прикладного назначения, не используется протоколом FR и передается по сети прозрачно;
EA - определяет 2-х, 3-х или 4-х байтовое поле адреса;
FECN - информирует узел назначения о заторе;
BECN - информирует узел-источник о заторе;
DE - идентифицирует кадры, которые могут быть сброшены в случае затора.
Роль идентификатора соединения DLCI:
Каждое соединение PVC имеет 10-битовый идентификатор, включаемый в заголовок кадра FR, называемый DLCI. Это число присваивается порту узла FR. При установке PVC, соединению назначается один уникальный номер DLCI для порта-источника и другой для порта назначения (удаленного порта). DLCI присваиваются только конечным точкам PVC— сеть FR автоматически назначает DLCI внутренним узлам передачи. Таким образом сфера действия DLCI ограничивается только локальным участком сети, что позволяет сети поддерживать большое число виртуальных каналов. Благодаря этому разные маршрутизаторы в сети могут повторно использовать тот же самый DLCI; это позволяет сети использовать большее число виртуальных каналов. Таблицы перекрестных соединений (Cross-Сonnect Tables), распространяемые между всеми коммутаторами FR в сети, устанавливают соответствие между входящими и исходящими DLCI.
Используя DLCI, DCE направляет данные от DTE через сеть в следующей последовательности:
FR DTE инкапсулирует пришедший пакет или кадр в FR-кадр. DTE задает корректный DLCI-адрес, который берется из специальной таблицы рандеву (look-up table), в которой определено соответствие между локальным адресом пакета и соответствующим номером DLCI.
DCE проверяет целостность кадра, используя контрольную последовательность FCS и в случае обнаружения ошибки сбрасывает кадр.
DCE ищет номер DLCI в таблице перекрестных соединений (Cross-Connect Table) и, в случае если для указанного DLCI не определена связь кадр сбрасывается. DCE отправляет кадр к узлу назначения, через выталкивание кадра в порт, специфицированный в таблице перекрестных ссылок.
Эти шаги представляют интерес и будут рассмотрены подробнее в соответствующих разделах.
СКВОЗНАЯ КОММУТАЦИЯ
По сравнению со своим предшественником, X. 25, FR имеет значительные преимущества в производительности. Во время разработки X. 25 соединения в глобальных сетях создавались по большей части на основе менее надежной аналоговой технологии. Поэтому, чтобы пакеты прибывали к получателю без ошибок и по порядку, X. 25 требует от каждого промежуточного узла между отправителем и получателем подтверждения целостности пакета и исправления любой обнаруженной ошибки. Связь с промежуточным хранением замедляет передачу пакетов, так как каждый узел проверяет FCS каждого поступающего пакета и только затем передает его дальше. Таким образом, в сети с каналами низкого качества возникают нерегламентированные непостоянные по величине задержки передаваемых данных. Поэтому невозможно передавать по сетям X. 25 чувствительный к задержкам трафик (например оцифрованную речь) с удовлетворительным качеством. С появлением высоконадежных цифровых каналов такая проверка стала излишней. Поэтому в FR, использование которого подразумевает наличие цифровой инфраструктуры, не включены функции поиска и коррекции ошибок. Коммутаторы FR используют технологию сквозной коммутации, при которой каждый пакет направляется на следующий транзитный узел сразу же по прочтении адресной информации, что исключает неравномерные задержки. Если случается какая-либо ошибка, коммутаторы FR отбраковывают кадры. Функция исправления ошибок возлагается на межконцевой протокол более высокого уровня (например TCP или SPX). При таком подходе накладные расходы по обработке в расчете на кадр снижаются, что значительно повышает пропускную способность и делает ее регламентируемой.
МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ.
Технология FR имеет специальный механизм управления потоками, позволяющий обеспечивать более гибкое мультиплексирование разнородного трафика. Управление потоком —это процедура регулирования скорости, с которой маршрутизатор подает пакеты на коммутатор. Если принимающий коммутатор не в состоянии принять еще какие-либо пакеты (например, из-за перегрузки), то при помощи данного протокола можно потребовать приостановить отправку пакетов с маршрутизатора и, после разгрузки, продолжить ее. Этот процесс гарантирует, что принимающему коммутатору не надо отбраковывать кадры. FR не поддерживает этот протокол в полной мере; если у коммутатора FR не достаточно буферного пространства для приема поступающих кадров, то он отбраковывает кадры с установленным флагом DE—разрешение на отбраковку (см. рис. 3). Однако, маршрутизатор может инициализировать процедуру восстановления данных, что может привести к еще большему затору.
Рисунок 4. FECN и BECN.
Решение этой проблемы возлагается частично на протоколы верхлежащего уровня, например, - TCP/IP, который поддерживает некоторую степень механизма управления потоками, а также на использование битов FECN, BECN—флагов явного извещения о перегрузке в прямом и обратном направлениях (см. рис. 4), причем последние являются особенностями FR.
Информационные биты FECN и BECN выставляются в момент попадания кадра в затор трафика. Маршрутизаторы с интерфейсом FR могут расшифровать значения этих битов и активизировать управление потоком на базе протокола верхлежащего уровня, например, - TCP/IP.
Надо отметить, что представленный механизм не вписался бы в концепцию регламентирования пропускной способности сети, поддерживаемую FR, без введения соглашения о согласованной скорости передачи информации (Committed Information Rate, CIR).
Концепция согласованной скорости передачи информации
CIR —минимальная пропускная способность, гарантированная каждому PVC или SVC. Эта скорость (измеряется в битах в секунду) выбирается клиентом сети FR в соответствии с объемом данных, которые он собирается передавать по сети, и гарантируется она оператором сети FR или администратором. На текущий момент скорость варьируется от 16 Кбит/с до 44, 8 Мбит/с. Если пакетные посылки не превосходят скорость порта подключения клиента и пропускная способность сети FR в данный момент имеет свободные ресурсы, то клиент может превысить согласованное значение CIR. Скорость, с которой клиент посылает данные при наличии достаточной пропускной способности, называетсяоverscription rate. В случае перегруженности сети, коммутаторы отбрасывают избыточные (выходящие за пределы CIR) кадры. Поле разрешения на отбраковку (DE) в кадре FR позволяет регулировать этот процесс. Для каждого кадра, пересылаемого по сети, коммутатор FR устанавливает бит DE, если данный кадр превышает спецификацию CIR клиента. В случае затора кадры, с установленным флагом DE могут быть отбракованы. Реально, в сетях FR, наряду с CIR используется усредненная за определенный промежуток времени Tc (скажем, за одну секунду) скорость, которую сеть “обязуется” поддерживать по соединению PVC или SVC.
Усреднение по времени играет здесь важную роль. Предположим, что через линию доступа с пропускной способностью 64 Кбит/с пользователь определяет одно виртуальное соединение с CIR, равной 32 Кбит/с. Это значит, что приняв, например, в первые полсекунды 32 Кбит, коммутатор вправе отвергнуть все остальные биты, пришедшие за остальные полсекунды. Поэтому вводится понятие согласованного импульсного объема передаваемой информации (Committed Burst Size— Bc) —максимального объема данных, который сеть “обязуется” передавать за время Tc. Это время вычисляют следующим образом: Tc=Bc/CIR, а по своей сути оно пропорционально неравномерности трафика.
Если кадры не укладываются в рамки, задаваемые параметрами CIR и Bc, то они передаются с установленным битом DE. При этом часто используют еще один параметр— избыточный импульсный объем передаваемой информации (Excess Burst Size —Be). Он определяет максимальный объем данных сверх Вс (избыточные данные), который коммутатор попытается передать в течение времени Тс (см. рис 4). Вероятность доставки данных Ве, передающихся с установленным флагом DE, очевидно, ниже вероятности доставки данных Вс. Все данные, превышающие объем Ве, коммутатор отбраковывает. Как видно из рисунка 5, пропускная способность линии доступа делится на три зоны:
согласованные данные, с гарантированной передачей;
избыточные данные (с установленным битом DE), которые передаются в зависимости от доступных сети ресурсов;
все данные сверх избыточных, которые коммутатор автоматически отбрасывает.
Рисунок 5. Распределение пропускной способности линии доступа при организации через нее виртуального соединения с определенными CIR и максимальной скоростью избыточных данных
Реализация этих правил может существенно различаться как в оборудовании FR различных производителей, так и в сетях компаний—поставщиков услуг FR. Широко используется случай предоставления пользователю выбора только одного параметра соединения—скорости CIR. При этом граница избыточных данных передвигается “вверх” и приравнивается скорости порта доступа. Таким образом устраняется “мертвая зона”, при попадании в которую данные автоматически сбрасываются. Изменить CIR не сложно —достаточно обратиться к оператору или администратору сети, который в свою очередь программным образом переконфигурирует систему. Никакого дополнительного оборудования не требуется (при достаточном значении скорости порта установленного у пользователя оборудования).
Страницы: 1, 2
