Лекция 1. Конвергенция компьютерных и телекоммуникационных сетей. Технологии коммутации пакетов – платформа построения современной сетевой инфраструктуры

Конспект лекционных занятий

С каждым годом усиливается тенденция сближения компьютерных и телекоммуникационных сетей разных видов. Активно создаются универсаль- ные, т. е. мультисервисные сети, способные предоставлять услуги как компью- терных, так и телекоммуникационных сетей. Технологическое сближение сетей происходит на основе цифровой передачи информации различного типа, метода коммутации пакетов и программирования услуг.

Переход к сетям с коммутацией пакетов – одно из наиболее заметных проявлений тенденции внедрения открытых информационных систем.

Сети с коммутацией пакетов (КП), также как и сети с коммутацией каналов (КК), состоят из коммутаторов, связанных физическими линиями связи. Однако передача данных в них идет совсем по-другому. Например, сеть с КП при передаче данных может не заботиться о резервировании ресурсов сети и не гарантировать требуемую пропускную способность, не создавать заранее для абонентов выделенных каналов связи, данные могут задерживаться и даже теряться.

Важнейшим принципом функционирования сетей с КП является представление информации, передаваемой по сети, в виде структурно отде- ленных друг от друга порций данных, называемых пакетами.

Каждый пакет снабжен заголовком, в котором содержится адрес назначения и другая вспомогательная информация. Помимо заголовка у пакета может быть еще одно дополнительное поле, размещаемое в конце пакета, т. н. концевик, где помещается контрольная сумма, которая позволяет проверить, была ли искажена информация при передаче через сеть.

В зависимости от конкретной реализации технологии КП пакеты могут иметь фиксированную или переменную длину, кроме того, может меняться состав информации, размещенной в заголовках пакетов. Например, в технологии АТМ пакеты фиксированной длины (ячейки) – поле данных ячейки занимает 48 байт, а заголовок – 5 байт, а в технологии Ethernet установлены лишь минимально и максимально возможные размеры пакетов (кадров).

Пакеты поступают в сеть без предварительного резервирования линий связи и не с фиксированной заранее заданной скоростью, как это происходит в сетях с КК, а в том темпе, в котором их генерирует источник.

Процедура резервирования пропускной способности может применяться и в пакетных сетях. В отличие от сетей с КК, пропускная способность сети с КП может динамически перераспределяться между информационными потоками в зависимости от текущих потребностей каждого потока.

Разделение данных на пакеты позволяет передавать неравномерный компьютерный трафик более эффективно. Это объясняется тем, что пульсации трафика от отдельных компьютеров носят случайный характер и распре- деляются во времени так, что их пики чаще всего не совпадают. Поэтому, когда линия связи передает трафик от большого количества конечных узлов, то в суммарном потоке пульсации сглаживаются, и пропускная способность линии используется более рационально, без длительных простоев.

Неопределенность и асинхронность перемещения данных в сетях с КП предъявляет особые требования к работе коммутаторов. Главное отличие пакетных коммутаторов состоит в том, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов.

В сетях с КП используется дейтаграммный способ передачи пакетов и с установлением логического соединения (виртуальные каналы).

Первыми технологиями, использующими коммутацию пакетов, стали Х.25 и TCP/IP (технология IP), причем Х.25 ориентирована на обмен данными с установлением соединения, а в технологии IP обмен может осуществляться без установления соединения. Эти технологии стали уже классическими, особенно IP версия 4.

Повышение интеллектуальности устройств связи, улучшение качества каналов связи, существенное повышение скоростей передачи информации, а также появление услуг, работающих в реальном масштабе времени с непредсказуемым трафиком привели к тому, что появилась необходимость перехода к новым технологиям коммутации пакетов, в частности к быстрой коммутации пакетов.

Одной из первых технологий с КП стала Frame Relay – ретрансляция кадров, которая позволяет достичь более высоких скоростей за счет снятия с нее некоторых функций контроля ошибок передачи. При обнаружении ошибок искаженные кадры уничтожаются узловым оборудованием сети FR. Восстановление таких кадров осуществляется вышерасположенными уровнями модели OSI в терминальном оборудовании пользователей.

К технологиям быстрой коммутации пакетов относится также технология B-ISDN, которая обеспечивает максимальную эффективность при передаче речевых и телевизионных сигналов, данных и видеоинформации. B-ISDN в качестве транспортного механизма использует технологию АТМ.

Основная литература: 1[4 – 6], 2 [33, 85 – 93]

Дополнительная литература: 7[5 – 10]

Контрольные вопросы:

1. Как вы понимаете конвергенцию сетей?

2. В чем суть коммутации пакетов?

3. Чем коммутация пакетов отличается от коммутации каналов?

4. Какие технологии используют принцип КП?

5. Чем обязательно снабжается каждый пакет?