Моделирование телекоммуникационных сетей и систем

Технология FDDI (Fiber Distributed Data Interface – оптоволоконный интерфейс распределенных данных) была разработана в 1986-88 году проблемной группой X3T9.5 ANSI.

Производительность оборудования увеличилась, в связи с чем  для магистральных решений возникла необходимость:

• поднять битовую скорость до 100Мбит/с
• повысить отказоустойчивость за счет стандартных процедур восстановления после отказа узла/концентратора.
• Максимально эффективно использовать пропускную способность сети как для синхронного, так и для асинхронного трафика.

Топология «два кольца»: сеть FDDI строится на основе двух  взаимосвязанных колец, одно из которых является резервным.

В режиме нормальной работы используется только первичное (Primary) кольцо, а вторичное (Secondary) находится в резерве. Тем не менее, именно второе кольцо является главной особенностью, и узлы желающие этим воспользоваться, должны быть подключены к обоим кольцам. В FDDI определено наличие 2-х типов узлов: Оконечных станций (Station) и концентраторов (Concentrator). И те, и другие могут быть подключены к обоим кольцам (Double Attachment – DAS, DAC), или только к первичному кольцу (Single Attachment – SAS, SAC).

К кольцам  определен метод доступа, который  близок к технологии Token Ring, и также называется методом маркерного кольца.

Логически главным отличием метода доступа  FDDI от Token Ring является упрощение системы приоритетов. Создатели FDDI сочли избыточными для локальной сети 8 уровней приоритетов, и ограничились двумя – синхронный (чувствительный к задержкам) и асинхронный. Станция, имеющая синхронные данные, всегда имеет право захватить маркер. А право доступа к сети для асинхронных данных вместо полей приоритетов Token Ring определяется временем оборота маркера. Каждая станция ведет учет времени последнего прохождения маркера, и если период оборота маркера TRT (Token Rotation Time) превосходит предельную величину T_Opr, захват маркера с целью передачи асинхронных данных оказывается под запретом. Максимальное время удержания маркера с целью передачи асинхронного трафика TRT-T_Opr. Если в Token Ring время оборота маркера фиксированное (хотя, в принципе, может настраиваться), то в FDDI T_Opr определяется при инициализации сети. Каждая станция может предложить свое значение T_Opr, из них выбирается минимальное.

В остальном  сохранена логика 16Мбит/с Token Ring  с быстрым освобождением маркера. Формат кадра Token Ring  также оставлен почти без изменений, кроме не используемых теперь полей приоритетов.

Сохранено управление логическим каналом LLC (IEEE 802.2).

Особенностью  FDDI является введение уровня управления станцией (Station Management, SMT). В управлении сетью принимают участие все узлы, поэтому все обмениваются сообщениями SMT. При обнаружении проблем все станции принимают меры к ее преодолению посредством реконфигурации и/или повторной инициализации.

Для повышения  отказоустойчивости предусмотрено  снабжение станций и концентраторов двойного подключения устройствами Optical Bypass Switch создающими обходной путь при исчезновении питания станции или концентратора. Предусмотрена также возможность подключения DAS и DAC к 2-м портам разных концентраторов для создания обходных путей, переключаемых автоматически.

Передача  данных по оптоволокну осуществляется кодом 4В/5В с битовой скоростью 125 Мбит/с. При отсутствии данных между  портами постоянно передаются символы  Idle (простой) кода 4В/5В, что поддерживает синхронизацию и обеспечивает немедленное обнаружение проблем с носителем.

При первоначальном установлении соединения выполняются  тест типов подключенных портов, тест передачи символов 4В/5В, и тест передачи кадров уровня MAC. Только после этого соединение считается установленным. Работу по установлению соединения контролирует протокол SMT.

Физический  уровень разделен на независимый  от среды PHY (Physical) и зависящий от среды PMD (Physical Media Dependent) подуровни.Зависимых от среды PMD определенно :

многомодовый  волоконо-оптический кабель 62.5/125 мкм (дальность  связи до 2 км), или одномодовый  волоконо-оптический кабель (дальность  связи до 10-40 км) с использованием физического представления сигналов NRZI и длины волны 1300 нм – основной.

TP-PMD Витая пара категории 5 (UTP Type 5). Дальность связи до 100 м. Физическое представление сигналов MLT-3.

Максимальный  размер двойного кольца 100 км, максимальное количество станций концентраторов двойного подключения – 500.

Назначение сетевой  технологии 100VG-AnyLAN

В начале 90-х годов развитие средств вычислительной техники (80486DX4,Pentium) потребовало увеличить  пропускную способность локальных  сетей.

Желательно  было бы разработать технологию, которая, по возможности, объединила бы высокую  скорость FDDI с относительно невысокой стоимостью Ethernet'а.

В 1992 году группа производителей сетевого оборудования, включая таких лидеров технологии Ethernet как SynOptics, 3Com и ряд других, образовали некоммерческое объединение Fast Ethernet Alliance для разработки стандарта на новую технологию, которая обобщила бы достижения отдельных компаний в области Ethernet-преемственного высокоскоростного стандарта. Новая технология получила название Fast Ethernet.

Наряду  с предложениями Fast Ethernet Alliance группа рассмотрела также и другую высокоскоростную технологию, предложенную компаниями Hewlett-Packard и AT&T, к которым позже присоединилась IBM.

Последние считали, что попытка объединить высокие скорости FDDI с методом доступа CSMA/CD Ethernet – заведомо компромиссное решение, не имеющее перспективы. Они предложили совершенно новый метод доступа, называемый Demand Priority (Приоритетный доступ по запросам). Он существенно менял картину поведения узлов в сети, поэтому не смог вписаться в технологию Ethernet и стандарт 802.3.

В сентябре 1993 года по инициативе фирм IBM и HP был  образован комитет IEEE 802.12, который  занялся стандартизацией новой  технологии. Проект был расширен за счет поддержки в одной сети кадров не только формата Ethernet, но и формата Token Ring. В результате новая технология получила название 100VG-AnyLAN, то есть технология для любых сетей (Any LAN – любые локальные сети), имея в виду, что в локальных сетях технологии Ethernet и Token Ring используются в подавляющем количестве узлов.

Мосты (bridge) и коммутаторы (switch) с маршрутизацией от источника

 

Прозрачные  мосты и коммутаторы хороши своей  простотой, а также тем, что не требуют никаких изменений в  логике работы конечных узлов. Однако необходимость построения исключительно  древовидной топологии неизбежно  делает маршруты между отдельными сегментами неоптимальными. Это может быть несущественно, если обмен между сегментами, расположенными на разных ветвях дерева происходит редко, например, серверы, к которым обращаются конечные узлы разных сегментов, сконцентрированы около корня дерева. Но в тех  случаях, когда каждый может общаться с каждым (серверы распределены по всем сегментам), такая неоптимальность  может привести к перегрузке сегментов. Причем ситуацию еще усугубляет то, что не вошедшие в покрывающее  дерево пути простаивают, а вошедшие, возможно, составляющие меньшинство  – перегружены. Поэтому в ряде технологий, наряду с прозрачныммостом, используются другие по логике функционирования коммуникационные устройства.

Ранее, рассматривая технологии Token Ring и FDDI, мы уже отмечали возможность использования этими технологиями маршрутизации от источника. Кроме них такая маршрутизация поддерживается пакетными радиосетями стандарта AX.25, допускается ее использование и протоколом IP.

Как следует  из названия, в этом случае маршрут  кадра или пакета определяется узлом-отправителем, при этом в специальном поле кадра  записывается последовательность идентификаторов  коммутаторов и сегментов (или портов коммутатора), через которые кадр должен последовательно пройти между  сегментом отправителя и сегментом  получателя. В этом случае ограничения  на топологию составной сети исчезают, зато возникает новая проблема –узел  каким-то образом должен узнать маршрут  к узлу назначения (и вообще –  что узел назначения находится в  другом сегменте). Адрес назначения сам по себе такой информации не несет – это обычный плоский  MAC-адрес.

В сетях  Token Ring и FDDI эта проблема решается следующим образом. Когда узел получает обратно по кольцу отправленный им кадр, и обнаруживает не выставленным признак опознания адреса, хотя кадр корректный, он принимает решение, что адресат находится в другом кольце.

Теперь  необходимо определить маршрут к  кольцу назначения. Для этого узел отправляет так называемый одномаршрутный широковещательный кадр-исследователь(Single Route Broadcast Frame – SRBF). Такое странное название (как широковещательный кадр может быть одномаршрутным?) объясняется тем, что мосты транслируют эти кадры не всеми портами, а только некоторыми, образующими покрывающее дерево (построенное вручную администратором, либо автоматически), во избежание зацикливания этих кадров. Таким образом, эти кадры широковещательно распространяются по покрывающему дереву, но в каждый сегмент такой кадр попадает единственным путем, и в этом смысле он одномаршрутный. Узел назначения, получив такой кадр и опознав свой адрес, отвечает отправителю всемаршрутным широковещательным кадром-исследователем (All Route Broadcast Frame – ARBF). Эти кадры уже распространяются всеми портами мостов/коммутаторов, при этом он записывает проходимый маршрут (кольца в сети получают 12-битные номера, а порты коммутаторов – 4-битные идентификаторы, уникальные в пределах кольца). Зацикливание кадров ARBF в сети произвольной топологии предотвращается тем, что каждый коммутатор просматривает ранее записанный маршрут, и если обнаруживает там свой идентификатор (т.е. данный ARBF через этот коммутатор уже проходил) – отбрасывает кадр. До узла-отправителя, таким образом, доберутся ARBF, прошедшие всеми возможными маршрутами, не содержащими циклов («петель»), из которых узел-отправитель по тому или иному критерию (чаще всего – самый короткий) может выбрать маршрут, по которому будут посылаться информационные кадры.

Маршрутизация от источника позволяет строить  и использовать структурированные  сети любой топологии (а не только древовидной, как прозрачные мосты). Также она позволяет выбирать оптимальные маршруты между любой  парой узлов, а не между любым  узлом и корнем.

Платой  за это является непрозрачность сети – кольца и мосты имеют номера, следовательно, в отличии от прозрачных мостов, мосты с маршрутизацией от источника не являются самонастраивающимися. Также в этом случае более сложными, следовательно, и дорогими, являются сетевые адаптеры (или, по крайней  мере, их драйверы) поскольку они  принимают участие в маршрутизации. Наконец, маршрутизация от источника  источника более уязвима с  точки зрения безопасности – злоумышленник, наблюдая трафик в сегменте посредством  анализатора протоколов, даже не генерируя  кадры самостоятельно, может получить много информации о логической топологии  сети, которую прозрачные коммутаторы  скрывают.

Представляется  соблазнительным объединить достоинства  обоих типов коммутаторов. Увы, механическое объединение фрагментов сети, построенных  на коммутаторах разных типов, в лучшем случае приведет к сети, совмещающей  недостатки обоих типов (если такая  сеть вообще будет работать корректно  – а это большое «если»). Однако существуют специальные коммутаторы, обозначаемые часто SRT–Source Route Transparent, которые специально спроектированы для использования в сети обоих типов маршрутизации.

 

 

 

 

 

 

 

Назначение сетевой технологии ISDN

 

Название ISDN (integrated system digital network - интегрированные цифровые сети) было предложено группой XI CCITT в 1971 году Основное назначение ISDN – передача 64-кбит/с по проводной телефонной линии и обеспечение интегрированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс, данные и пр.). Использование для этой цели телефонных проводов имеет два преимущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи питания на терминальное оборудование. Выбор 64 Кбит/c стандарта определен простыми соображениями – цифровой телефонный канал DS-0. Такие цифровые каналы, объединяемые в первичные группы T1/E1 и выше, уже использовались в магистральных системах телефонных компаний, и цифровых АТС, но использование аналогового оконечного оборудования не позволяло раскрыть потенциал цифровой телефонии полностью. Вначале предполагалось создать полностью цифровую телефонную сеть (integrated digital network – IDN), но затем возникла естественная мысль использовать преимущества цифровых каналов для услуг, уже предоставлявшихся телефонными сетями, либо будущих, для которых особенно удобна цифровая форма передаваемой информации – факс, передача данных и т.д. От телефонного канала и унаследовано значение полосы B-канала ISDN. Базовая конфигурация каналов имеет вид 2*B + D = 2*64 +16 = 144 кбит/с. Помимо B-каналов и вспомогательного D-канала ISDN может предложить и другие каналы с большей пропускной способностью – канал Н0 с пропускной способностью 384 Кбит/с, Н11 – 1536 и Н12 – 1920 Кбит/c (реальные скорости цифрового потока, на базе T1/E1). Для первичных каналов (1544 и 2048 Кбит/с) полоса D-канала может составлять 64 Кбит/с.

 

 

Схема 1- Протоколы технологии ISDN.

 

 

 

 

 

 

 

 

Традиционная  схема сети ISDN

 

Network termination 1 (NT-1) представляет собой прибор, который преобразует 2-проводную ISDN-линию (от телефонной компании), называемую U-интерфейсом, в 8-проводный S/T-интерфейс (4 провода канала + питание). Как правило, к точке Т может быть подключено только одно оконечное устройство. NT2 же предназначено для подключения большого числа разнотипного оборудования (функции NT1 и NT2 могут быть совмещены в одном приборе). Допускается объединение интерфейсов NT2 и TA; возможна работа нескольких NT1 с одним NT2. Интерфейс NT2 может обеспечивать внутриофисный трафик, образуя шину, к которой может подключаться несколько терминалов. Терминальное оборудование (TE) в режиме точка-точка может быть подключено к системе кабелем длиной до 1 км, реальным ограничением служит ослабление в 6 дБ на частоте 96 кГц. В режиме точка-мультиточка (до 8 терминалов) подсоединение производится параллельно, но длина шины в этом случае не должна превышать 200 м (по временным ограничениям). Терминалы, чтобы не вносить искажений, должны иметь входное сопротивление не ниже 2500 Ом. Шина согласуется 100 омным сопротивлением, как со стороны NT1, так с противоположного удаленного конца (это справедливо для принимающих и передающих пар проводов). Оборудование, следующее рекомендациям ISDN, может подключаться в точках S и T.