Виртуальные каналы компьютерные сети

Виртуальные каналы в глобальных сетях.

Впервые техника ВК была использована в сети Х.25, которая появилась практически одновременно с сетью Arpanet, давшей начало Интернету и дейтаграммному протоколу IP. В Х.25 реализована надежная передача данных, что очень ценилось в 70е-80е годы, когда линии связи были в основном аналоговыми и сами по себе не могли обеспечить надежную передачу данных.

Распространение в середине 80х высокоскоростных и надежных цифровых каналов связи сделало функции Х.25 по надежной передаче данных избыточными. Следующим этапом было создание технологии Frame Relay. Освободившись от многих, ставшими ненужными, «обязанностей», эта технология выполняет минимум функций, необходимый для доставки кадров адресату. С другой стороны, возможности Frame Relay по сравнению с Х.25 расширены за счет поддержки параметров качественного обслуживания для эластичного трафика (нечувствительного к задержкам). Для обслуживания синхронного трафика. Например, голосовой информации, необходимо, дополнительно, обеспечить его приоритетное обслуживание на коммутаторах.

Технология АТМ была задумана как технология, ориентированная на передачу всех видов трафика. Фиксированный малый размер кадра (ячейка) позволяет минимизировать задержки реального времени. В настоящее время стандарт АТМ считается лидером по поддержке качества обслуживания и инжинирингу трафика. Однако платой за высокое качество услуг оказывается техническая сложность и высокая стоимость АТМ-сети, а также проблемы обработки ячеек на сверхвысоких скоростях (10Гбит\с).

– постоянный канал создается заранее, коммутаторы настраиваюся заранее администратором сети;

– коммутируемый (динамический) создается по инициативе конечного узла с помощью автоматической процедуры.

Процедура установления коммутируемого виртуального канала подобна процедуре установления соединения в телефонных сетях. При этом создание коммутируемого виртуального канала требует наличия в коммутаторах таблиц маршрутизации – неважно, как они построены: вручную или автоматически с помощью какого-либо протокола. В сетях Х.25 протокол маршрутизации не определен, таблицу маршрутизации заполняются вручную. В сетях Frame Relay и ATM протокол составления таблиц маршрутизации также не определен; может использоваться любой фирменный протокол производителя оборудования, либо таблицы составляются вручную.

Узел-инициатор посылает запрос на установление соединения с узлом назначения, содержащий адрес назначения и начальный идентификатор канала. Запрос посылается коммутатору, выбранному узлом-инициатором на основе собственной таблицы маршрутизации. По мере продвижения запроса каждый коммутатор присваивает каналу свой собственный (локальный) идентификатор и отражает всю информацию о канале в своей таблице коммутации. Далее, на основании этих таблиц, будут передаваться пользовательские данные.

ВК могут быть как однонаправленными, так и двунаправленными.

Сравнение техники виртуальных каналов и техники дейтаграмм.

Протоколы с поддержкой виртуальных каналов требуют предварительного установления соединения, что вносит дополнительную задержку перед передачей данных. Эта задержка сказывается при передаче небольших объемов данных – кратковременных потоков, когда время установления соединения соизмеримо со временем самой передачи данных.

Однако время, затраченное на установку соединения, компенсируется быстрой передачей всего потока пакетов. Ускорение достигается за счет двух факторов:

(а) меньший размер таблиц коммутации (т.к. туда заносятся данные не по каждому пакету отдельно, а по сгруппированным в потоки данным).

(б) сокращается адресная часть в пакетах, т.е. снижается объем служебной информации (адрес указан только в первом пакете – запросе на соединение, далее фигурирует более короткий идентификатор канала).

Преимуществом дейтаграммного продвижения данных является быстрая адаптируемость к изменениям топологии сети, связанным, например, с отказами оборудования или перегрузкой линий. При этом дейтаграммы перенаправляются по новому пути, а виртуальный канал разрывается, так что приходится прокладывать его заново в обход отказавших участков.

Источник

Лекция 8. Виртуальные каналы и виртуальные пути

АТМ сети, в определенном смысле, объединяют преимущества сетей с коммутацией пакетов и сетей с коммутацией каналов. При этом, аналогом физического (частотного, временного) канала является логическое (виртуальное соединение). “Ориентация на соединение” для АТМ-технологии означает, что

• во-первых, непосредственной передаче информации в АТМ сетях предшествует фаза установления соединения, на которой определяется и фиксируется маршрут передачи ячеек
• во-вторых, соединение является “логическим” или виртуальным, поскольку реализуется за счет выделения некоторой части пропускной способности единого физического канала связи.
• в третьих, каждая ячейка должна содержать некий признак, позволяющий однозначно отнести ее к требуемому логическому соединению.

В АТМ сетях признак, полностью определяющий логическое соединение, является составным и содержит групповой идентификатор – идентификатор виртуального пути VPI и идентификатор элемента в группе – идентификатор виртуального канала VCI. . Соответственно, в АТМ сетях различают соединения двух типов: виртуальный путь и виртуальный канал. Виртуальный канал — понятие, предназначенное для описания однонаправленной передачи ячеек, имеющих общее уникальное значение идентификатора VCI. Виртуальный путь — понятие, предназначенное для описания однонаправленной передачи ячеек , относящихся к различным виртуальным каналам, но имеющих общее уникальное значение идентификатора виртуального пути VPI. Значения идентификаторов VPI и VCI хранятся в заголовке каждой ячейки. В принципе на любом участке сети каждый физический канал связи может включать несколько виртуальных путей (хотя это и не необходимо), в свою очередь, каждый виртуальный путь может содержать несколько виртуальных каналов (Рис. 8.1. Физ. тракт ). Рис.8.1. Наличие двух идентификаторов позволяет легко различать не только конечных абонентов сети но и различные виды трафика одного и того же абонента Как правило, идентификатор VCI соответствует динамически размещаемому соединению, а VPI — статическому соединению. Т.е. VPI используется для указания местоположения пользователя, а VCI для различения различных приложений Виртуальное соединение и соответствующие ему значения VPI/VCI определяется на этапе установления соединения. Это может быть сделано в ручную (PVC) или автоматически (SVC) с использованием функций С-плана. После успешного установления соединения? значения идентификаторов заносятся в таблицы коммутаторов. В процессе установления соединения коммутаторы работают как маршрутизаторы, а после установления — как коммутаторы. Значения VPI/VCI носят локальный (не end-to-end) характер. Виртуальный линк. Виртуальный путь и виртуальный канал являются базой еще одной концепции АТМ — понятий виртуального линка и виртуального соединения. Линк виртуального канала есть транспортное звено (передачи ячеек) от места , где VCI назначен, до места ,где он транслируется (коммутируется) или заканчивается. Аналогично, линк виртуального пути ограничен точками сети, где VPI назначен или транслирован или удален. Т.е. линки характеризуют участки сети, где значения VCI или VPI остаются неизменными. Места изменения значений VCI или VPI определяют конечные точки линков. В большинстве случаев оконечные пользовательские системы разделены более, чем одним VC-линком и VP-линком. Конкатенация этих VC линков называется Виртуальным соединением канала ( вариант — виртуальным канальным соединением) VCC и, соответственно, виртуальным соединением пути. Соединение в АТМ сети направляет все ячейки вдоль одного маршрута, и каждое соединение состоит из последовательности линков, которые имеют согласующихся значения полей VCI, VPI. Мультиплексирование и коммутация в узлах всегда осуществляется сначала по VP, затем по VC по отдельным таблицам. Поэтому переключение виртуального пути целиком в коммутаторе выполняется гораздо быстрее чем переключение с учетом и пути и канала. На рис. . (Рис. 8.2) приведен чрезвычайно упрощенный пример использования идентификаторов VCI и VPI в АТМ сетях. В примере показаны только фрагменты таблиц коммутации и логические соединения, поясняющие передачу информации от пользователя А. При рассмотрении другого пользователя, а также входной информации, таблицы и логические линки могут быть совершенно другими. Рис. 8.2 Использование VCI и VPI в АТМ сетях.. Таблицы составляются либо предварительно, либо в процессе сигналинга. Как правило, таблицы VPI — устанавливаются предварительно (PVC — термин относится не только к сетям АТМ), а таблицы VCI — процедурой сигналинга.) Два идентификатора – два типа коммутаторов. коммутатор пути коммутатор и пути и каналов. Выделенные значения VPI/VCI. Локальный характер идентификаторов позволяет использовать в различных узлах одинаковые значения VPI/VCI для маркировки как различных потоков ячеек, так и однотипных. В основном это касается потоков управляющей информации. Существуют соглашения о выделенных значениях VPI/VCI Например, каналы VCI 0-31 внутри ка;дого VPI выделены для целей управления Существенным является то, что

• Коммутация вместо маршрутизации
• Таблицы устанавливаются заранее.
• Возможно использование коротких меток.
• Метки имеют локальный характер.
• Сохраняется последовательность переданных ячеек. На приемной стороне не требуется задержка на обработку “out-of-sequence” ячеек.
• Быстрая реакция (без таймаута) на потерю ячейки.

Функции коммутатора очень просты: Получить ячейку, По локальной таблице определить выходной порт или порты, и новые значения идентификаторов Передать ячейку с новыми значениями идентификаторов на соответствующий выходной порт. Операции коммутатора просты вследствие наличия внешнего механизма установки таблиц. Виртуальные пути и каналы – основа создания виртуальных сетей. В АТМ сетях существуют следующие типы виртуальных соединений: User-User — передача данных, сигнализация User-Node — сигнализация Node-Node — маршрутизация, администрировани Лекция 9. Уровень АТМ адаптации (AAL)AAL—ATMAdaptationLayer Уровень АТМ — Единый сервис Уровень AAL- Увязка требований приложений и сервиса АТМ Основной функцией уровня AALявляется преобразование исходного сообщения в набор ячеек АТМ, т.е. оптимальное (для приложения) заполнение информационного поля ячеек АТМ с учетом специфических требований приложения.. Различные приложения и службы могут иметь различные форматы сообщений, их структуру и требования к качеству передачи. Рис. 9.1. Уровень AALнеобходим в оконечных системах и может отсутствовать в промежуточных элементах (коммутаторах). Он обеспечивает сопряжение протоколов более высоких уровней с уровнем АТМ. Уровень адаптации ААLразделен на два подуровня: подуровень сегментации и реассемблирования (SAR) и подуровень конвергенции. (CS). Подуровень SARпозволяет на стороне источника разделить передаваемые данные на ячейки ( сегментировать данные ) и на стороне получателя восстановить из потока ячеек первоначальный кадр или блок данных, который был разбит на ячейки на стороне отправителя (реассемблировать данные) т.е. воссоздать тот формат данных, который понятен более высоким уровням. При этом в информационное поле ячейки вставляется любая информация, являющаяся специфической для ААLуровня и которая должна быть передана междуAALуровнями удаленных объектов. Подуровень CSподготавливает данные более высокого уровня к преобразованию в ячейки АТМ. Подуровень CSопределяет набор “ классов сервиса” и позволяет объединить в единой технологии различные требования к качеству передачи, предъявляемые при передаче речи, видео и данных. Предложено несколько классов адаптации в зависимости от следующих 3 факторов, определяемых требованиями более высоких уровней. Критерии классификации видов сервиса

1. Изохронность
2. Скорость передачи (регулярность потока)
3. Режим соединения.

1. Временные соотношения между источником и приемником

Синхронизация источника и приемника. Критичность к временным параметрам передачи. (Требования “реального времени”) Например Речевой трафик 64КБ/с нельзя передавать, чередуя 32КБ/с и 96КБ/с. 2. Скорость передачи битов (регулярность потока пользователя) Характеристика скорости передачи (BitRate) Постоянная, переменная. Например речь, видео — CBR, Сжатое видео -VBRи т.д.

1. Режим установления соединения. Различные виды приложений и сетевого сервиса могут требовать режима установления соединения, при котором передача информации может начаться только после установления полного соединения между источником и приемником. ( например, речь) Многие услуги связанные с передачей данных могут не требовать предварительного установления соединения и передача данных начинается в любое время.

В соответствии с этими критериями различают следующие классы сервиса

Источник