Глобальная сеть

 

Базовая логика, используемая огромным коммутатором Frame Relay

Исходные протоколы Frame Relay были определены консорциумом поставщиков, получившим наименование Форум Frame Relay (Frame Relay Forum). Консорциум поставщиков (vendor consortium) — группа поставщиков, которые собираются вместе и соглашаются сделать так, чтобы их изделия работали определенным образом; в то же время они надеются, что организации стандартизации формализуют предлагаемый стандарт. Форум Frame Relay — один из таких консорциумов. Позже Международный союз электросвязи (ITU) формализовал стандарт Frame Relay, это же сделал и Американский национальный институт стандартов (ANSI).

Некоторые из самых важных особенностей Frame Relay касаются адресации, создания фреймов и коммутации.

Чтобы создать фрейм, маршрутизатор должен поместить в заголовок нужный адрес. Каждый заголовок Frame Relay содержит поле адреса, именуемое идентификатором канала связи (Data Link Connection Identifier, DLCI). Идентификатор DLCI — это 10-разрядное число, обычно записываемое в десятеричном виде и принадлежащее диапазону от 0 и 1023. Маршрутизатор помещает конкретный DLCI в заголовок Frame Relay, ожидая, что фрейм будет отправлен сетью Frame Relay другому маршрутизатору.

Наконец, сеть Frame Relay провайдера пересылает фрейм другому маршрутизатору. Чтобы выполнить эту задачу, каждый коммутатор Frame Relay пересылает фрейм,  основываясь на DLCI, через сеть, пока фрейм не достигнет нужного маршрутизатора. Это подобно тому, как ПК посылает фрейм Ethernet, указав в нем МАС-адрес  получателя, а коммутатор локальной сети пересылает фрейм нужному адресату. Хотя общие идеи, на которых основаны коммутация Frame Relay и коммутация Ethernet, подобны, в деталях осуществляемые процессы отличаются весьма  существенно. Например, Frame Relay использует только поле адреса, ширина которого  составляет лишь 10 бит, в противоположность аналогичному полю Ethernet, когда для указания адресов отправителя и получателя используются поля шириной 48 бит (6 байт). Коммутаторы Frame Relay должны быть сконфигурированы так, чтобы они знали, куда должны отправлять фреймы с конкретными DLCI в их заголовках, вместо того, чтобы автоматически изучать адреса и их местоположения, как это делают коммутаторы локальных сетей Ethernet. Если сравнить этот пример Frame Relay с последовательным каналом между двумя маршрутизаторами, можно  констатировать, что детали отличны, но результат — тот же. Когда R1 хочет отправить пакет маршрутизатору R2, независимо от того, используете ли вы выделенный канал и РРР или Frame Relay, когда R2 получает фрейм, он отбрасывает заголовок канала и концевик и остается с IP-пакетом "на руках".

Реальное преимущество, которое дает технология Frame Relay по сравнению с выделенными каналами, не вполне очевидно до тех пор, пока мы не рассмотрим пример по крайней мере с тремя площадками, использующими Frame Relay. В случае использования Frame Relay маршрутизатор может через единственный физический канал доступа  отправлять данные многим отдаленным маршрутизаторам. При использовании Frame Relay происходит то же самое, как при использовании Ethernet, за исключением того, что коммутатор Frame Relay пересылает фреймы, основываясь на протоколе DLCI.

 

На жаргоне Frame Relay способность маршрутизатора R1 отправлять данные маршрутизатору R2 по сети Frame Relay называют виртуальным каналом (virtual circuit, VС). Виртуальный канал похож на выделенную линию в том, что ровно два устройства могут с его помощью посылать и получать данные. Он назван виртуальным, чтобы подчеркнуть его отличие от физической выделенной линии. А поскольку VC обычно настраивается так, чтобы всегда быть готовым к использованию, виртуальные каналы часто называют постоянными виртуальными каналами (permanent virtual circuits, PVCs).

Как правило, поставщик услуг Frame Relay предварительно конфигурирует все необходимые параметры PVC.

Когда маршрутизаторы используют технологию Frame Relay и организуется PVC между каждой парой маршрутизаторов, говорят о полносвязанной сети (full mesh); если не все  маршрутизаторы связаны между собой каналами PVC, это называется частично  связанная сеть (partialmesh).

 

Быстрее, дешевле, лучше — ошибочно отправить данные при использовании Frame Relay невозможно. В наши дни площадки, которые используют Frame Relay, намного превосходят по численности площадки, использующие выделенные каналы. Причины популярности Frame Relay изменяются, но все они сводятся к основным: меньшая оплата за установку и меньшая ежемесячная, а еще мы  можем пересылать больше данных.

Сделаем несколько заключений, касающихся скорости.

- Маршрутизаторы отправляют данные по каналам доступа с физической 

скоростью передачи, названной скоростью доступа.

- Провайдер Frame Relay знает, что, если скорость доступа превышает CIR 

канала PVC, маршрутизатор сможет послать больше битов, чем оговаривает CIR

для этого PVC.

- Провайдер Frame Relay фиксирует в договоре, что его сеть будет поддерживать

скорость по крайней мере CIR битов в секунду.

- Когда маршрутизатор посылает на PVC большее количество битов, чем 

оговорено значением CIR (а так оно и будет) и внутренняя сеть провайдера в это

время не перегружена, он так или иначе перешлет весь трафик, предоставляя

тем самым клиенту услуг больше, чем те, за которые он заплатил!

 

Многие провайдеры Frame Relay проектируют свои сети Frame Relay так, чтобы сеть почти никогда не была настолько загруженной, что не смогла бы передать дополнительный трафик.

Можно подумать, что теперь, когда доступна технология Frame Relay, никто не будет использовать выделенные каналы. Но, как выясняется, в некоторых  отдаленных сельских районах служба Frame Relay недоступна. Некоторые компании просто не потрудились заменить существующие выделенные каналы технологией Frame Relay. Кроме того, сеть Frame Relay может вносить задержку в доставку  пакетов, составляющую доли секунды, что превышает задержку, вносимую выделенным каналом.

С точки зрения бизнеса Frame Relay предпочтительнее выделенных каналов. Это и дешевле, и мы получаем по крайней мере такую же пропускную способность (обычно больше), чем при использовании каналов глобальной сети. Неудивительно, что технология Frame Relay столь популярна.

 

 

Часть 3. Выход в международную сеть (Internet).

 

Существует большая IP-сеть, которая охватывает весь земной шар — Internet. Сеть Internet — это комбинация множества различных отдельных объединенных IP-сетей, связанных друг с другом так, чтобы каждое устройство имело один или несколько маршрутов для отправки пакетов другим хостам. IP-пакет может быть передан в Internet и отправлен почти на любой IP-хост планеты.

Как было сказано ранее, телефонная компания может позволить нам подключиться к ее сети и передавать данные через свою сеть в другое здание. Однако при использовании каналов глобальной сети телефонная компания позволяет  общаться между собой только двум площадкам. Благодаря технологии Frame Relay между собой могут общаться много площадок, но все они должны использовать службу Frame Relay одной телефонной компании.

Теперь возьмем ту же концепцию наличия поставщика услуг глобальной сети — телефонной компании — и применим ее к Internet. Компания может подключиться к Internet через канал глобальной сети или с использованием технологии Frame Relay. Через это одно физическое подключение компания получает доступ к огромному числу людей (буквально миллиардам людей), также имеющим доступ к Internet. Основная идея проиллюстрирована на рис. 5.

 

Рис. 5.

 

На этом рисунке аббревиатурой ISP обозначен поставщик услуг (провайдер) Internet (Internet service provider). Internet-провайдер создает сеть, по которой могут быть отправлены IP-пакеты, подобно тому, как телефонная компания создает сеть, через которую могут быть отправлены биты (для каналов глобальной сети) и фреймы (при использовании технологии Frame Relay). Некоторые поставщики услуг Internet — это также телефонные компании.

Internet состоит из трех главных компонентов:

1. IP-сети, созданные Internet-провайдерами;

2. IP-сети предприятий, которые подключены к серверам одного или более поставщиков услуг Internet;

3. Компьютеры отдельных личностей, подключенные к серверам Internet-

провайдеров.

 

Как можно видеть на рис. 5, головной офис компании 1 теперь подключен к Internet. Чтобы соединяться с ISP1, Компания 1 использует канал типа "точка-точка" глобальной сети. Кабель глобальной сети соединяет маршрутизатор FredsCo с маршрутизатором провайдера ISP1. IP-маршрутизация — ключ к пониманию того, что именно Internet обеспечивает для компании 1. Поскольку маршрутизатор компании 1 соединяется с  маршрутизатором провайдера ISP1, он может отправлять пакеты маршрутизатору компании и получать их от него. А поскольку остальная часть Internet связана с  рассматриваемой, IP-хосты, находящиеся в сети компании 1, могут обмениваться данными со всеми остальными IP-хостами Internet. Например, на рис. 5 компания 1 может обмениваться данными со своим поставщиком, компанией 2, которая связана с ISP2 посредством постоянного виртуального канала (PVC) сети Frame Relay. Кроме того, клиенты могут соединяться с местными поставщиками услуг Internetю Следовательно,  клиенты могут заказывать изделия компании 1 через Web-сайт этой компании, посылать электронные письма отделу обслуживания клиентов компании 1 и т.д.

Ниже в таблице перечислены три варианта соединения с глобальной сетью:

 

 

Использование телефонной линии для передачи данных

Первоначально телефонные компании создавались для того, чтобы их абоненты могли говорить друг с другом, используя телефон. Для этого почти к каждому дому провели местную телефонную линию. Эта телефонная линия прокладывается от дома (обычно под землей) к центральной АТС местной телефонной компании. Мы можем позвонить по телефону почти в любую точку мира, и наша речь будет передана через телефонную линию, называемую абонентский шлейф или абонентская линия (local loop) в центральную АТС, а затем, через телефонную сеть, на другой телефон. Когда мы делаем звонок, телефонная компания создает новую линию передачи речи для наших потребностей. Линия передани речевых сигналов {voice circuit) — это всего лишь термин, описывающий возможность передавать и принимать речевые сигналы между двумя телефонами. Другой термин нужный термин — коммутируемая телефонная сеть общего пользования (Public Switched Telephone  Network, PSTN), который относится к объединенным сетям телефонных компаний.

Хотя местная телефонная линия была первоначально предназначена для передачи речи, она может также обеспечивать передачу данных.

 

Как сделать данные похожими на речь

Звуковые волны распространяются через воздух, заставляя его вибрировать.  Человеческое ухо воспринимает звук, потому что барабанная перепонка вибрирует в результате перемещения воздуха в ухе, этот сигнал воспринимается мозгом и  обрабатывается им.

Телефонная компания, однако, не может передать вибрации воздуха через свою сеть. Чтобы передать речь по телефонной линии, нужно преобразовать звук (вибрации воздуха) в электрический сигнал, потому что абонентский шлейф — телефонная  линия между домом и центральной АТС) — может передавать только электрические сигналы. Телефонная компания может послать электрический сигнал с одного телефона на другой. На приемной стороне телефон преобразует электрический сигнал снова в звуковые волны.

Уровень напряжения в проводе непрерывно изменяется в течение долгого времени. Такой сигнал называют аналоговым электрическим  сигналом (analog electrical signal). Телефонные компании прокладывали абонентские шлейфы для передачи речи, вот почему по ним передаются аналоговые электрические сигналы. Звуки речи представляют собой непрерывно изменяющиеся звуковые волны, поэтому аналоговые электрические сигналы, также непрерывно изменяющиеся, хорошо подходят для передачи речи.

В общем, термин аналоговый (analog) относится к непрерывно изменяющемуся сигналу, а термин цифровой (digital) — к сигналу, который принимает дискретные, или точные значения.

Аналоговый сигнал имеет несколько характеристик:

- Частота. Определяется тем, сколько раз сигнал повторяет сам себя в течение одной секунды (в предположении, что тон голоса человека не изменяется в течение целой секунды). Чем больше частота электрического сигнала, тем выше тон представляемого им звука.

- Амплитуда. Представляет, насколько велика сила сигнала, более высокое значение амплитуды соответствует более громкому звуку.

Первоначальная цель телефонной компании состояла в том, чтобы создать линию передачи между двумя телефонами. Каждая линия представляла собой электрический провод, позволяющий передавать аналоговый электрический сигнал в обоих направлениях, благодаря чему люди на концах провода могли разговаривать.

 

Что телефоны делают для речи, модемы делают для данных. Телефон преобразует то, что человек может создать (звуковые волны) в то, что телефонная компания может передать через свою сеть (аналоговые электрические сигналы).

Чтобы использовать те же самые телефонные линии для отправки данных, нужно устройство, в каком-то смысле аналогичное телефону. Как и телефон, это устройство должно уметь генерировать и получать аналоговые электрические сигналы. Однако вместо того, чтобы преобразовывать звуковые волны в аналоговые электрические сигналы и обратно, это устройство должно преобразовать двоичные нули и  единицы.

Модемы {modems) позволяют двум компьютерам посылать и получать  последовательный поток битов по аналоговой телефонной линии, при этом на обычном  абонентском шлейфе между местом установки модема и центральной АТС телефонной компании не нужно проводить никаких физических изменений. Поскольку  телефонный коммутатор в центральной АТС готов посылать и получать аналоговые сигналы (соответствующие речи, передаваемой через абонентский шлейф), модемы просто посылают в телефонную коммутируемую сеть общего пользования (PSTN) аналоговый сигнал и ожидают получать аналоговый сигнал из PSTN. Однако вместо речи этот аналоговый сигнал представляет биты, которые один компьютер должен переслать на другой. Подобно тому как телефон преобразует звуковые волны в аналоговый электрический сигнал, модем преобразует двоичные цифры компьютера в представляющий их аналоговый электрический сигнал. Хотя большинство людей использует просто термин "модем", можно также назвать эти устройства аналоговыми модемами {analog modems), потому что они создают и интерпретируют аналоговые электрические сигналы.

Модемы кодируют двоичные 0 или 1 аналоговым сигналом, изменяя какой-нибудь параметр аналогового сигнала, например его частоту или амплитуду. Изменение подобных характеристик аналогового сигнала известно как модуляция (modulation). Например, в одном из самых первых стандартов на модемы  использовался аналоговый сигнал частотой 2250 Гц для передачи двоичных 1 и сигнал частотой 2100 Гц для передачи двоичных 0. Модем способен модулировать, или изменять, частоту, придавая ей одно из двух значений, представляющих двоичную 1 или двоичный 0. Модемы соглашаются на какую-то одну схему кодирования передаваемых и  принимаемых битов.