Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

Практические аспекты построения корпоративных сетей Frame Relay (часть I)

С. A. Белов, М. Б. Салосин

В статье рассматриваются особенности использования различных механизмов технологии Frame Relay при построении корпоративных сетей с интеграцией услуг.

Технология Frame Relay первоначально была определена как один из режимов использования каналов ISDN. Однако актуальность возможностей, заложенных в эту технологию, привела к тому, что она была выделена из рамок ISDN и начала свое самостоятельное развитие. Применение Frame Relay в сетях передачи данных регламентировано рядом рекомендаций МСЭ-Т, в частности рекомендациями X.36, X.76, X.144, X.145.

Основное назначение Frame Relay - эффективная концентрация (мультиплексирование) в одном канале связи нескольких потоков данных, в первую очередь потоков, имеющих неравномерный характер, например, трафика ЛВС. Кроме того, Frame Relay можно эффективно применять и при передаче оцифрованной речи, видеоинформации и других критичных к временныўм задержкам типов трафика, т. е. на ее базе можно строить сети с интеграцией услуг.

Практика опровергла предположения некоторых аналитиков о том, что Frame Relay - это всего лишь переходный этап на пути к ATM. Даже в США, где обе эти технологии развиваются гигантскими темпами, основной массе пользователей не требуются скорости доступа, характерные для ATM, - 70% пользователей вполне устраивают скорости, не превышающие уровень T1/E1. Именно на такие скорости и рассчитана Frame Relay. Если учесть еще и хорошую протокольную совместимость ATM и Frame Relay, то станет понятно, что последняя прочно занимает свою нишу в иерархии современных технологий построения сетей с интеграцией услуг. Эта ниша - обеспечение коммутации и концентрации разнородного трафика, передаваемого на низких и средних скоростях, а также обеспечение доступа основной массы пользователей к магистралям ATM.

В России, где только начинается повсеместное внедрение высокоскоростных цифровых каналов связи, значение технологии Frame Relay еще выше. Ведь в отличие от ATM она способна эффективно работать на значительно менее скоростных и качественных каналах связи. Компания "Информсвязь" уже в течение ряда лет активно использует технологию Frame Relay в своих проектах. Опыт эксплуатации нескольких десятков реализованных проектов полностью подтверждает возможность и эффективность ее применения в российских условиях. Ниже мы рассмотрим некоторые практические аспекты использования Frame Relay при построении сетей с интеграцией услуг. Все приводимые в статье примеры взяты из реализованных проектов.

Постановка задачи и выбор технологии

Наши заказчики эксплуатировали сети передачи данных, работающие по протоколу X.25. Они были построены на базе выделенных междугородных телефонных каналов связи (каналов тональной частоты) и использовались в сеансовом режиме для передачи файлов. Значительную часть времени арендуемые каналы простаивали. Телефонная связь осуществлялась по коммутируемым линиям междугородной телефонной сети общего пользования (ТфОП). При достаточно высокой стоимости качество телефонной связи (частая занятость междугородных линий, плохая слышимость) не удовлетворяло заказчиков. Кроме того, повсеместное внедрение ЛВС и желание перейти на передачу данных в режиме реального времени требовали модернизации магистральной сети. В связи с этим была поставлена задача перейти от существующих сетей передачи данных к сетям с интеграцией услуг, которые обеспечивали бы одновременную передачу как данных (в том числе и трафика ЛВС), так и речи/факсов.

Технология X.25 была разработана для передачи данных в разветвленных сетях, построенных на базе низкокачественных каналов связи. Для обеспечения надежной доставки информации здесь используется повторная передача пакетов между соседними узлами. Поэтому для сетей X.25 характерно возникновение переменных нерегламентированных временныўх задержек при передаче пакетов между абонентами. Наличие переменных задержек, а также отсутствие в X.25 механизмов обеспечения приоритетной передачи определенных информационных потоков делают такие сети непригодными для качественной передачи речи и другого критичного к временныўм задержкам трафика.

Для построения сети с интеграцией услуг на каналах с низкой и средней скоростями рекомендуется использовать технологию Frame Relay. Как видно из структуры кадра Frame Relay, базовые средства этой технологии не обеспечивают нумерацию кадров и повторную передачу искаженных кадров, а значит, не гарантируют доведение информации до абонента. Эти функции должны выполняться протоколами более высоких уровней, реализованными в абонентском оборудовании. Поэтому Frame Relay эффективно работает либо на цифровых каналах связи с низким коэффициентом ошибок, либо на каналах среднего качества при простой топологии сети (минимальное число промежуточных узлов). Корпоративные сети обычно удовлетворяют этим условиям.

Организация магистральной сети

Для организации магистральной сети Frame Relay специалисты нашей компании использовали коммутаторы Frame Relay фирм Memotec (CX-1000, CX-900) и Motorola ISG (MPRouter 6520/6560). Они устанавливались "в разрыв" между существующим коммутатором X.25 и устройством организации дискретного канала связи (модемом). Таким образом, магистральная сеть переводилась на Frame Relay, и в качестве абонентских устройств к ней подключались существующее оборудование X.25, телефонные системы и устройства ЛВС. Для подключения телефонных систем задействовались встроенные в оборудование Frame Relay модули оцифровки и сжатия речи, а для подключения ЛВС - встроенные в это же оборудование модули мостов/маршрутизаторов или внешние мосты/маршрутизаторы.

В подобных сетях речевые потоки передаются непосредственно через Frame Relay. В случае искажения отдельных речевых кадров они могут быть уничтожены сетевым оборудованием с последующей аппроксимацией потерянных фрагментов при синтезе речи. Гарантированная доставка блоков данных обеспечивается протоколами X.25 или транспортными протоколами ЛВС.

В магистральной сети Frame Relay реализуется ориентированная на соединения коммутация кадров. Это значит, что в течение сеанса связи между двумя абонентами все кадры передаются по одному и тому же маршруту - виртуальному (логическому) соединению. Виртуальное соединение не монополизирует пропускную способность физических каналов связи - в каждом физическом канале могут передаваться кадры, относящиеся к разным виртуальным соединениям. Виртуальному соединению присваивается определенный номер (DLCI). При прохождении соединения через узел сети его номер может изменяться (рис. 2); соответствие между входящим и исходящим номерами задается в таблице маршрутизации узла.

Номер виртуального соединения, к которому относится передаваемый кадр, указывается в поле DLCI его заголовка. При использовании формата кадра с двухбайтовым заголовком для поля DLCI отводится 10 бит, следовательно, значения идентификаторов DLCI могут находиться в пределах от 0 до 1023 (именно такой формат применяют в большинстве случаев, он же реализован в упомянутых выше коммутаторах). Обычно идентификаторы DLCI с номерами от 0 до 15 и с номером 1023 резервируются для выполнения управляющих функций, а для передачи пользовательских данных задействуются DLCI с номерами от 16 до 1022. В рекомендации X.36 предусмотрено дополнительное выделение для служебных целей идентификаторов DLCI с номерами 992-1022.

Виртуальные соединения могут быть постоянными (PVC) и коммутируемыми (SVC). Постоянные соединения задаются администратором сети на этапе конфигурации оборудования и устанавливаются при включении его питания. Коммутируемые соединения устанавливаются динамически по запросу абонентов на время проведения сеанса связи. Режим SVC стандартизован сравнительно недавно и на момент выполнения проектов не был реализован в упомянутом выше оборудовании фирмы Memotec. В оборудовании фирмы Motorola используется фирменный механизм SVC, основанный на инкапсуляции пакетов X.25 в кадры Frame Relay (рекомендация ANSI T1.617 Annex G).

В настоящее время основным и наиболее часто применяемым является режим PVC. При его использовании для каждого передаваемого между абонентами информационного потока требуется сформировать отдельное постоянное виртуальное соединение. Это приводит к необходимости организации большого числа PVC, для чего требуется аккуратность и соответствующий уровень разработки проектной документации.

К достоинствам указанного подхода относится разграничение абонентского доступа, что позволяет создавать независимые наложенные сети.

Для уменьшения числа соединений PVC разработан механизм их объединения (консолидации). В этом случае на одном узле несколько соединений PVC могут быть объединены в одно, а на другом узле - вновь разъединены. Этот режим особенно выгодно применять при работе через сети Frame Relay общего пользования, операторы которых взимают плату за каждое соединение PVC.

Для повышения структурной надежности сети применяют альтернативную маршрутизацию, которая заключается в автоматическом переключении информационного потока на резервное виртуальное соединение при отказе основного. Понятно, что резервное и основное соединения должны проходить по разным физическим линиям связи. Отметим, что механизмы альтернативной маршрутизации не стандартизованы.

В большинстве случаев специалисты нашей компании организовали альтернативную маршрутизацию для трафика X.25, ЛВС, а также для трафика удаленного управления и мониторинга оборудования. Для речевых виртуальных соединений резервные маршруты не задавались, что было связано с дефицитом пропускной способности магистральных каналов, на которые в случае аварии переключались дополнительные потоки данных.

Пример организации альтернативной маршрутизации в сети Frame Relay приведен на рис. 2. Сеть имеет звездообразную топологию с рокадными связями. На уровне Frame Relay постоянные виртуальные соединения, предназначенные для передачи данных (X.25 и ЛВС) и удаленного управления, имели основной маршрут по радиальному каналу, а резервный маршрут проходил через соседний узел. Для речевых потоков резервный маршрут не определялся в целях сохранения приемлемой для нашего заказчика скорости передачи данных в магистральном канале связи при переключении на него дополнительных потоков.

Рис. 2. Постоянные виртуальные соединения (PVC) в сети Frame Relay

В рассмотренном примере необходимость перехода на резервные маршруты определяется по изменению состояния портов, подключенных к модемам магистральных каналов. При отказе магистрального канала модемы изменяют состояние некоторых цепей последовательных интерфейсов (DCD, DSR и т. д.), что служит сигналом для непосредственно подключенного к модемам оборудования Frame Relay о необходимости изменить маршрут информационных потоков.

Ситуация несколько усложняется в случае магистральной сети с более сложной топологией (рис. 3). Рассмотрим передачу информационных потоков из узла С в центральный узел А. При выходе из строя канала связи между узлами А и В состояние порта Frame Relay коммутатора узла А изменится и он "переведет" постоянное виртуальное соединение на резервный маршрут. В то же время состояние порта коммутатора узла С не изменится, поскольку канал связи между узлами С и В работоспособен. Следовательно, этот коммутатор не станет перемаршрутизировать постоянное виртуальное соединение.

Рис. 3. Альтернативная маршрутизация в сети со сложной топологией

В рассмотренном случае решение задачи альтернативной маршрутизации базируется на реализации в сети процедур управления виртуальными соединениями. С их помощью узлы сети контролируют работоспособность каналов связи и обмениваются информацией о появлении новых и уничтожении старых PVC (аналогичные механизмы используются для установления и разрыва соединений SVC).

Существуют два класса процедур управления - для сетевого интерфейса пользователя (UNI) и для межсетевого интерфейса (NNI). Процедуры UNI определены в рекомендации Х.36 и применяются для организации взаимодействия оконечного узла (оборудования доступа) с магистральной сетью Frame Relay.

Для передачи управляющих кадров используется соединение с идентификатором DLCI, равным 0, по которому через определенные промежутки времени передаются служебные сообщения: запросы состояния SE (Status Enquiry), ответы S (Status) и FS (Full Status). Контроль за потерей управляющих кадров осуществляется путем их нумерации и подтверждения.

Сообщения SE передаются со стороны абонента (UNI-User). В них могут содержаться запросы двух типов: на выполнение процедуры проверки работоспособности PVC и на получение информации о состоянии всех PVC. Первый тип запроса передается периодически (обычно через каждые 10 с) и содержит порядковые номера управляющих кадров: очередного (высылаемого) и предыдущего (принятого). В ответ сетевой узел (UNI-Network) передает сообщение S, которое также содержит номера передаваемого и принятого управляющих кадров. Если в процессе такого обмена управляющими сообщениями обе стороны получат корректные номера принятых другой стороной кадров, то все логические соединения между ними считаются работоспособными.

Через определенное число циклов опроса (обычно через 6), абонентская сторона запрашивает информацию о состоянии всех соединений. В ответ сетевая сторона передает сообщение FS, в котором помимо порядковых номеров содержится информация о состоянии всех виртуальных соединений (для каждого из них передается признак NEW - вновь сконфигурированное соединение или ACTIVE - активное соединение). Сетевая сторона может ответить сообщением FS и на запрос о проверке работоспособности виртуальных соединений, если к этому моменту произошли изменения в их состоянии.

В качестве факультативной предусмотрена возможность выдачи ответа S с информацией об удаленных PVC. Он передается асинхронно, т. е. без соответствующего запроса с абонентской стороны. Другая факультативная возможность - использование двунаправленной процедуры. В этом случае сетевая сторона также может передавать запросы SE, на которые абонентская сторона будет отвечать сообщениями S и FS.

Как правило, в оборудовании реализована поддержка только обязательных запросов и ответов, а следовательно, абонентская сторона не может информировать сетевую об изменении состояния PVC. Поэтому интерфейсы UNI-User должны быть конечными точками PVC, ведь мониторинг состояния части виртуальных соединений, находящихся по другую сторону этих интерфейсов, невозможен.

В процедурах NNI (рекомендация X.76) обе стороны равноправны в своих действиях и могут посылать как запросы (SE), так и ответы (S, FS). Процедуры NNI применяются для взаимодействия между магистральными узлами сетей Frame Relay.

Разработчики указанного выше оборудования Frame Relay позиционировали его в основном как абонентское, поэтому в нем были реализованы лишь процедуры UNI. Это ограничивает топологии построенных на этом оборудовании сетей, в которых можно организовать полноценное управление соединениями, а значит, и автоматическую перемаршрутизацию. Такая перемаршрутизация возможна только для ветвей, включающих не более трех узлов. При кольцевой топологии основной маршрут также не должен включать более трех узлов, поэтому все кольцо может состоять не более чем из пяти узлов.

Следует отметить, что в новом поколении коммутаторов CХ-1000e/900e фирмы Memotec реализован интерфейс NNI. Это позволяет корректно решать задачи альтернативной маршрутизации при более сложной топологии магистральной сети.

Организация связи удаленных ЛВС

В настоящее время подавляющее большинство прикладных информационных систем ориентировано на функционирование в среде ЛВС. Взаимодействие территориально удаленных ЛВС осуществляется при помощи мостов/маршрутизаторов, которые выполнены в виде отдельных устройств или встраиваемых в коммутаторы Frame Relay модулей.

Различия между мостами и маршрутизаторами, работающими соответственно на канальном и сетевом уровнях, имеют для территориальных сетей принципиальное значение. Поскольку пропускная способность каналов связи территориальной сети обычно на несколько порядков ниже пропускной способности каналов ЛВС, то обеспечиваемое маршрутизаторами снижение объема передаваемого трафика служит решающим фактором при выборе режима межсетевого взаимодействия. Для территориальных сетей важнейшим свойством маршрутизатора является наличие процедур локальной имитации работы протоколов (spoofing), что позволяет резко сократить объем передаваемой по каналу связи служебной информации.

Технология Frame Relay была разработана в первую очередь для обеспечения взаимосвязи удаленных ЛВС. Трафик ЛВС характеризуется крайней неравномерностью во времени. Для эффективного уплотнения такого трафика в рамках Frame Relay были разработаны специальные механизмы управления потоками и защиты от перегрузок.

Управление потоками в сетях Frame Relay основано на задании для каждого виртуального соединения параметров CIR, Bc и Be. Согласованная информационная скорость (CIR) - это средняя скорость передачи информации, гарантируемая сетью для данного виртуального соединения. Согласованный импульсный объем передаваемой информации (Bc) - это максимальное число битов, передача которых в течение интервала времени Т соответствует значению CIR, т. е. CIR=Bc/T. И наконец, дополнительный импульсный объем передаваемой информации (Be) - это число битов сверх значения Bc, которые сеть готова принять для передачи по данному виртуальному соединению, но их передачу она не гарантирует.

Передача кадра в сеть может осуществляться на максимально возможной (физической) скорости канала связи, значение которой в общем случае выше значения CIR. После передачи абонентским оборудованием (или соседним узлом) первого бита информации, коммутатор Frame Relay начинает отсчет интервала времени T и подсчет числа переданных битов. Объем информации Bc может быть передан как за весь интервал времени T, так и за его часть. Поэтому пользователь в течение короткого промежутка времени может задействовать полосу пропускания, превышающую значение CIR. Значит, сеть Frame Relay потенциально готова передавать импульсные информационные потоки, характерные для ЛВС.

Технология Frame Relay позволяет передавать и дополнительный объем информации, превышающий значение Bc. Если до истечения интервала времени T число переданных битов превысит значение Bc, оборудование Frame Relay начинает помечать все последующие передаваемые кадры путем установки бита DE равным 1. Если объем информации, переданной до истечения интервала T, достигнет значения Bc+Be, то все последующие кадры будут сброшены сетью.

Таким образом, анализируя значение бита DE, узлы сети могут отличить кадры, передаваемые в пределах CIR (Bc), от дополнительных кадров, передача которых не гарантируется и осуществляется при наличии достаточных сетевых ресурсов. При возникновении перегрузки в сети узлы начинают удалять в первую очередь кадры с битом DE, равным 1. Следует отметить, что в случае сброса кадров сетью Frame Relay протоколы более высоких уровней (Х.25, TCP) начнут повторно передавать недостающие кадры между абонентским оборудованием. Боўльшая часть транспортных протоколов использует механизм окна, поэтому при отсутствии подтверждения о приеме одного информационного блока будет осуществлена повторная передача серии таких блоков (число блоков определяется размером окна). Следовательно, сброс в сети Frame Relay одного кадра может привести к повторной передаче нескольких кадров, а значит, к дополнительному увеличению перегрузки в сети.

Обнаружив перегрузку, узлы передают информацию о ней источникам и получателям всех информационных потоков, проходящих через перегруженный участок. Это происходит либо путем установки во всех передаваемых кадрах битов FECN (передаются получателю) или BECN (передаются источнику), либо путем передачи специальных управляющих кадров по служебному PVC. Оконечные узлы осуществляют статистический анализ числа полученных сообщений о перегрузке и, основываясь на нем, регулируют скорость передачи трафика.

Манипулируя значениями CIR, Bс и Be, можно гибко распределять ресурсы канала связи между уплотняемыми потоками. Для постоянного во времени и критичного к временныўм задержкам потока, например речевого, необходимо задать значение CIR равным скорости потока, а значение Be - равным 0. При достаточно малом значении интервала измерения Т такая настройка параметров гарантирует источнику возможность передачи речевого трафика с заданной постоянной скоростью. Под достаточно малым интервалом Т в данном случае понимается значение, сравнимое с максимально допустимой задержкой речевого сигнала, например 200 мс. К сожалению, в большей части применяемого оборудования Frame Relay минимальное значение времени Т достаточно велико, например равно 1 с, что приводит к значительным вариациям значений временноўй задержки. Например, при передаче объема Bc за половину интервала времени Т может возникнуть задержка 0,5 с, приводящая к искажению речевого сигнала. (Для обеспечения качественной передачи речи применяют дополнительные механизмы, которые будут рассмотрены во второй части статьи.)

Для сильно изменяющегося во времени и не критичного к временныўм задержкам потока можно задать значение CIR, равным 0, а значение Be - максимально возможным. Это позволит источнику в любой момент времени передавать данные на максимально возможной скорости, но при отсутствии гарантированного выделения сетевых ресурсов. Для других потоков можно выбрать компромиссное решение: выделить некоторую минимально гарантированную пропускную способность и предоставить возможность ее регламентированного, но не гарантируемого сетью превышения.

Во второй части статьи мы остановимся на особенностях подключения оборудования X.25 к сети Frame Relay и поговорим об организации наложенной телефонной сети на базе каналов Frame Relay.


Такси балашиха внуково самое недорогое такси во внуково из балашихи.




  
5 '1998
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• IP-телефония: битва еще впереди

локальные сети

• Коммутаторы с автоматической установкой скорости портов

• Построение отказоустойчивых локальных сетей

• Дороги, которые мы выбираем

• Абонентский оптоволоконный канал

• Кабельные системы для скоростной передачи данных

• Интеграция с Unix: клиенты и серверы NFS для Windows NT

• Windows NT: взлет или падение?

• Технология Fibre Channel: возможности и проблемы внедрения

корпоративные сети

• Работа с персоналом при внедрении корпоративных информационных систем

• Определение масштаба систем удаленного доступа

• RMON2: сетевой уровень и выше

интернет и интрасети

• Интернет-магазины на CeBIT'98

услуги сетей связи

• Услуги сетей VSAT в России

• TMN в конце туннеля

• Возрождение интереса к аналоговым измерениям в абонентских каналах

• Новые технологии для новых сетей

• Практические аспекты построения корпоративных сетей Frame Relay (часть I)

• Устройства FRAD: данные и речь по одному каналу

• Защита от перегрузок в сетях АТМ

системы учрежденческой связи

• Принципы выбора УПАТС (часть I)

защита данных

• Защита флангов с помощью RADIUS и TACACS+

бизнес

• О русских терминах в области СКС

новые продукты

• Эффективность Frame Relay и качество TDM - в одном канале; WebTracker как средство кадровой политики; Весенние модели Allied Telesyn; Новинки от SMC на CeBIT'98;

только на сервере

• Серверы удаленного доступа масштаба предприятия



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх