Высокоскоростные сети
Высокоскоростные сети
2.2 Высокоскоростные сети.
Введение. 2
АТМ 3
Модель STM 4
Переход на ATM 5
Статистическое мультиплексирование 5
Типы сетевых пользовательских интерфейсов ATM 5
Формат данных ATM 6
Уровень протокола ATM 6
Физический уровень 6
Контроль прохождения данных 6
100VG-AnyLAN 8
Топология 8
Оборудование 8
100VG-AnyLAN и модель OSI 9
Кадр передачи 100VG-AnyLAN 10
Физический уровень сетей 100VG-AnyLAN 11
Управление передачей данных в сетях 11
Fast Ethernet 12
100BaseT - старший брат 10BaseT 12
СОХРАНЕНИЕ ПРОТОКОЛА 13
ТРИ ВИДА FAST ETHERNET 14
БЕГУН НА КОРОТКИЕ ДИСТАНЦИИ 14
КАК УСТАНОВИТЬ 100BASET 15
ОБМАНЧИВАЯ БЫСТРОТА 15
Сети Gigabit Ethernet. 16
Стандартизация Gigabit Ethernet. 16
СТАНДАРТЫ GIGABIT ETHERNET 17
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАДЕРЖКА 17
РАСШИРЕНИЕ НЕСУЩЕЙ 18
БУФЕРНЫЙ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ 19
МЕХАНИЗМЫ КОНТРОЛЯ ПОТОКОВ 19
ОСНОВНЫЕ ПРИЛОЖЕНИЯ 19
Гигабитное оборудование 19
Где и как применять Gigabit Ethernet 20
Gigabit Ethernet на UTP 22
Проблемы Gigabit Ethernet. 22
ВЕРСТОВЫЕ СТОЛБЫ 24
FDDI 25
Fibre Channel 26
Основы frame relay 28
Проблемы стандартизации 28
Логическая характеристика протокола FR 28
Процедурная характеристика протокола FR 28
Управление доступом и защита от перегрузок 29
Адресация в сетях FR 30
Интерфейс локального управления 30
Логическая характеристика LMI 31
Процедурная характеристика LMI 31
Некоторые дополнения 32
Коммутируемые виртуальные каналы 33
Ретрансляция кадров и речевой трафик 33
Будущее высокоскоростных сетей. 36
КОМУ ЭТО НУЖНО? 36
НАБИРАЯ СКОРОСТЬ 37
ПРОБЛЕМЫ РАССТОЯНИЯ 38
КАЧЕСТВО УСЛУГ 39
ЧЕГО НАМ ЖДАТЬ? 40
Небольшая задержка 40
Выводы 42
Введение.
Новые требования к производительности сетей, предъявляемые
современными
приложениями, такими как мультимедиа, распределенные вычисления,
системы оперативной
обработки транзакций, вызывают насущную необходимость расширения
соответствующих
стандартов. Привычный десятимегабитный Ethernet, долгое время
занимающий главенствующие
позиции, во всяком случае, глядя из России, активно вытесняется
более современными и
существенно более быстрыми технологиями передачи данных.
На рынке высокоскоростных (более 100 Мбит/с) сетей, пару лет назад
представленных лишь
сетями FDDI, сегодня предлагается около десятка различных
технологий, как развивающих уже
существующие стандарты, так и основанных на концептуально новых.
Среди них следует особо
выделить:
? Старый добрый оптоволоконный интерфейс FDDI, а также его
расширенный вариант, FDDI
II, специально адаптированный для работы с информацией мультимедиа,
и CDDI,
реализующий FDDI на медных кабелях. Все версии FDDI поддерживают
скорость обмена 100
Мбит/с.
? 100Base X Ethernet, представляющую собой высокоскоростной Ethernet
с множественным
доступом к среди и обнаружением коллизий. Данная технология -
экстенсивное развитие
стандарта IEEE802.3.
? 100Base VG AnyLAN, новую технологию построения локальных сетей,
поддерживающую
форматы данных Ethernet и Token Ring со скоростью передачи 100
Мбит/сек по стандартным
витым парам и оптоволокну.
? Gigabit Ethernet. Продолжение развития сетей Ethernet и Fast
Ethernet.
? ATM, технологию передачи данных, работающую как на существующем
кабельном
оборудовании, так и на специальных оптических линиях связи.
Поддерживает скорости
обмена от 25 до 622 Мбит/сек с перспективой увеличения до 2.488
Гбит/сек.
? Fibre Channel, оптоволоконную технологию с коммутацией физических
соединений,
предназначенную для приложений, требующих сверхвысоких скоростей.
Ориентиры -
кластерные вычисления, организация взаимодействия между
суперкомпьютерами и
высокоскоростными массивами накопителей, поддержка соединений типа
рабочая станция -
суперкомпьютер. Декларированы скорости обмена от 133 Мбит до
гигабита в секунду (и даже
более).
Заманчивы, но далеко не ясны очертания технологии FFOL (FDDI Follow
on LAN),
инициативы ANSI, призванной в будущем заменить FDDI с новым уровнем
производительности 2.4 Гбайт/сек.
АТМ
АТМ - ребенок телефонных компаний. Технология эта разрабатывалась
далеко не в расчете
на компьютерные сети передачи данных. ATM радикально отличается от
обычных сетевых
технологий. Основная единица передачи в этом стандарте - это ячейка,
в отличие от привычного
пакета. Ячейка содержит в себе 48 байт данных и 5 байт заголовка.
Частично это необходимо,
чтобы обеспечить очень маленькое время задержки при передачи
мультимедийных данных.
(Фактически, размер ячейки явился компромиссом между американским
телефонными
компаниями, которые предпочитают размер ячейки 64 байта, и
европейскими, у которых он
равен 32 байтам).
Устройства АТМ устанавливают связь между собой и передают данные по
виртуальным
каналам связи, которые могут быть временными или постоянными.
Постоянный канал связи - это
путь, по которому передается информация. Он всегда остается открытым
вне зависимости от
трафика. Временные каналы создаются по требованию и, как только
передача данных
заканчивается, закрываются.
С самого начала АТМ проектировался как система коммутации с помощью
виртуальных
каналов связи, которые обеспечивают заранее специфицированный
уровень качества сервиса
(Quality of Service - QoS ) и поддерживают постоянную или переменную
скорость передачи
данных. Модель QoS позволяет приложениям запросить гарантированную
скорость передачи
между приемником и источником, не обращая внимания на то, сколь
сложен путь между ними.
Каждый АТМ - коммутатор, связываясь с другим, выбирает такой путь,
который гарантирует
требуемую приложением скорость.
Если система не может удовлетворить запрос, то она сообщает об этом
приложению.
Правда, существующие протоколы передачи данных и приложения не имеют
никакого понятия о
QoS, так что это еще одно отличное свойство, которое никто не
использует.
Благодаря наличию таких полезных свойств АТМ никого не удивляет
всеобщее желание
продолжать совершенствование этот стандарт. Но пока существующие
реализации оборудования
довольно ограничены первоначальным подходом, который ориентировался
на другие,
некомпьютерные, задачи.
Например, АТМ не имеет встроенной системы широковещательного
оповещения (это
характерно для АТМ, есть идея, но нет стандарта). И хотя
широковещательные сообщения -
извечная головная боль для любого администратора, в некоторых
случаях они просто
необходимы. Клиент, который ищет сервер, должен иметь возможность
разослать сообщение
"Где сервер?", что бы затем, получив ответ, направлять свои запросы
уже непосредственно по
нужному адресу.
Форум АТМ специально разработал спецификации для эмуляции сети - LAN
emulation
(LANE). LANE превращает "точка-точка"-ориентированную АТМ сеть в
обычную, где клиенты и
серверы видят ее как нормальную широковещательную сеть, использующую
протокол IP (а
скоро и IPX). LANE состоит из четырех различных протоколов:
протокола конфигурации сервера
(LAN emulation configuration service - LECS), протокола сервера (LAN
emulation server - LES),
протокола общего вещания и неизвестного сервера (Broadcast and
Unknown Server - BUS) и
протокола клиента (LAN emulation client - LEC).
Когда клиент с помощью LANE пытается подключиться к сети АТМ, то
первоначально он
использует протокол LECS. Поскольку АТМ не поддерживает
широковещательных сообщений,
форум АТМ выделил специальный адрес LECS, который никто другой уже
не использует.
Посылая сообщение по этому адресу клиент получает адрес
соответствующего ему LES. Уровень
LES обеспечивает необходимые функции ELAN (emulated LAN). С их
помощью клиент может
получить адрес BUS-сервиса и послать ему сообщение "подключился
такой-то клиент", чтобы
затем BUS уровень мог, получая сообщения, переслать его всем
зарегистрировавшимся
клиентам.
Для того чтобы использовать не АТМ протоколы, необходимо
использовать LEC. LEC
работает как конвертор, эмулируя обычную топологию сети, которую
подразумевает IP.
Поскольку LANE только моделирует Ethernet, то он может устранить
некоторые старые
технологические ошибки. Каждый ELAN может использовать различные
размеры пакетов.
ELAN, который обслуживает станции, подключенные с помощью обычного
Ethernet, использует
пакеты размером 1516 байт, в то время как ELAN обеспечивающий связь
между серверами
может посылать пакеты по 9180 байт. Всем этим управляет LEC.
LEC перехватывает широковещательные сообщения и посылает их BUS.
Когда BUS
получает такое сообщение, то посылает его копию каждому
зарегистрировавшемуся LEC.
Одновременно, перед тем как разослать копии, он преобразует пакет
обратно в Ethernet-форму,
указывая вместо своего адреса широковещательный.
Размер ячейки в 48 байт плюс пятибайтовый заголовок является
причиной того, что только
90,5% пропускной полосы тратится на передачу полезной информации.
Таким образом, реальная
скорость передачи данных - всего лишь 140 Мбит/с. И это без учета
накладных расходов на
установку связи и прочие служебные взаимодействия между различными
уровнями протоколов -
BUS и LECS.
Да, АТМ - сложная технология и пока его использование ограничивает
LANE. Все это
сильно сдерживает широкое распространению данного стандарта. Правда,
существует
обоснованная надежда, что он действительно будет применяться, когда
появятся приложения,
которые смогут воспользоваться преимуществами АТМ непосредственно.
ATM - данной аббревиатурой может обозначаться технология асинхронной
передачи данных
(Asynchronous Transfer Mode), а не только Adobe Type Manager или
Automatoc Teller Machine, что
многим может показаться более привычным. Данную технологию
построения высокоскоростных
вычислительных сетей с коммутацией пакетов характеризует уникальная
масштабируемость от
небольших локальных сетей скоростями обмена 25-50 Мбит/сек до
трансконтинентальных сетей.
В качестве передающей среды используется либо витая пара (до 155
Мбит/сек) либо
оптоволокно.
ATM является развитием STM (Synchronous Transfer Mode), технологии
передачи
пакетованных данных и речи на большие расстояния, традиционно
используемой для построения
телекоммуникационных магистралей и телефонной сети. Поэтому прежде
всего мы рассмотрим
STM.
Модель STM
STM представляет собой сетевой механизм с коммутацией соединений,
где соединение
устанавливается прежде, чем начнется передача данных, и разрывается
после ее окончания.
Таким образом, взаимодействующие узлы захватывают и удерживают
канал, пока не сочтут
необходимым рассоединиться, независимо от того, передают они данные
или "молчат".
Данные в STM передаются посредством разделения всей полосы канала на
базовые
трансмиссионные элементы, называемые временными каналами или
слотами. Слоты объединены
в обойму, содержащую фиксированное число каналов, пронумерованных от
1 до N. Каждому
слоту ставиться в соответствие одно соединение. Каждая из обойм (их
тоже может быть
несколько - от 1 до М), определяет свой набор соединений. Обойма
предоставляет свои слоты
для установления соединения с периодом Т. При этом гарантируется,
что в течение этого
периода необходимая обойма будет доступна. Параметры N, M и Т
определяются
соответствующими комитетами по стандартизации и различаются в
Америке и Европе.
В рамках канала STM каждое соединение ассоциируется с фиксированным
номером слота в
конкретной обойме. Однажды захваченный слот остается в распоряжении
соединения в течение
всего времени существования этого соединения.
Неправда ли, немного напоминает вокзал, от которого в определенном
направлении с
периодом Т отбывает поезд? Если среди пассажиров есть тот, которому
этот поезд подходит, он
занимает свободное место. Если такого пассажира нет, то место
остается пустым и не может
быть занято никем другим. Естественно, что пропускная способность
такого канала теряется, к
тому же осуществить одновременно все потенциальные соединения (M*N)
невозможно.
Переход на ATM
Исследования применения оптоволоконных каналов в трансокеанских и
трансконтинентальных масштабах выявили ряд особенностей передачи
данных разных типов. В
современных коммуникациях можно выделить два типа запросов:
- передача данных, устойчивых к некоторым потерям, но критичным к