Учебник для вузов в. Олифер Н. Олифер Компьютерные Принципы, технологии, протоколы
 Скачать 22.28 Mb.
|
|
669 Рис. 19.5. Использование канального уровня для организации соединений между маршрутизаторами В этом примере в сети имеется 4 маршрутизатора и 8 коммутаторов канального уров ня, которые поддерживают одну из технологий виртуальных каналов (в данном случае не принципиально, какую именно). Маршрутизаторы связаны между собой через слой коммутаторов, непосредственных физических связей между маршрутизаторами нет. Для связи маршрутизаторов используется четыре виртуальных канала, как показано на рис. 19.6. Виртуальные каналы, соединяющие маршрутизаторы R3 Рис. 19.6. Соединение маршрутизаторов через четыре виртуальных канала При обслуживании трафика доступа в Интернет он проходит через маршрутизаторы в со ответствии с имеющимися между ними связями и таблицами маршрутизации. На рис. 19.5 путь такого трафика показан пунктирной линией, помеченной буквой а. Реализация связей между маршрутизаторами с помощью виртуальных каналов обеспечивает: □ высокий уровень управляемости потоков данных, то есть позволяет контролировать загрузку каналов и поддерживать хорошее качество обслуживания пользовательского трафика; □ мониторинг соединений, а это важно для провайдера платных услуг, работающего на основе контрактов с пользователями. Однако в том случае, когда провайдеру нужно объединить две сети пользователя с по мощью услуги виртуальной частной сети, это проще сделать с помощью слоя канального уровня без помощи сетевого уровня. На рис. 19.5 прохождение трафика услуги виртуаль ной частной сети через сеть провайдера показано штрих-пунктирной линией, помеченной буквой 6 . 670 Глава 19. Транспортные услуги и технологии глобальных сетей В том случае, когда на канальном уровне работают технологии второй группы, то есть HDLC или РРР, трафик пользователя может коммутироваться только ІР-маршрутизаторами1, так как в сети нет других устройств, работающих по принципу коммутации пакетов. Такой также встречающийся вариант организации сети оператора связи упрощает сеть, так как устраняет целый слой коммутаторов канального уровня, и это — весьма положительный фактор. Однако в этом случае оказание услуг виртуальных частных сетей оператором связи усложняется, так как уровень IP с его дейтаграммным способом передачи данных не очень хорошо подходит для решения этой задачи. Здесь нет противоречия с популярно стью сервиса VPN протокола IP, так как в большинстве случаев этот сервис организуется силами самих пользователей; для поставщика услуг Интернета трафик такого сервиса не отличим от обычного трафика IP, так что никаких усилий по его поддержанию провайдеру прикладывать не нужно. Однако столь высоких характеристик в плане гарантии пропуск ной способности соединений VPN, которые могут быть достигнуты в случае реализации сервиса провайдером на канальном уровне, пользовательский сервис VPN достигнуть не может. Пакетные слои могут взаимодействовать с различными слоями первичной сети для полу чения физических соединений между маршрутизаторами или коммутаторами. Совсем не обязательно взаимодействовать с самым верхним слоем первичной сети, например со слоем PDH или SDH. В том случае, когда маршрутизаторам или коммутаторам необходимы высокоскоростные соединения, можно их организовывать с помощью нижних слоев пер вичной сети, например, с помощью слоя DWDM (мы уже упоминали о маршрутизаторах, поддерживающих интерфейсы DWDM). Анализ услуг и организации слоев сети оператора связи с коммутацией пакетов дает воз можность сформулировать основные требования к протоколам этих уровней: □ поддержка протокола IP и протоколов маршрутизации стека TC P/IP (OSPF, IS-IS для организации собственной сети и BGP для «встраивания» в Интернет); □ поддержка услуг виртуальных частных сетей силами провайдера; □ интеграция канального уровня с уровнем IP для уменьшения сложности сети; □ интеграция с технологиями первичных сетей. Туннелирование Сети операторов связи могут также предоставлять услуги виртуальных частных сетей на основе техники туннелирования. Эта техника уже рассматривалась нами на частном примере туннелирования трафика IPv6 через ІР у 4- сєть Так как техника туннелирования весьма распространена, здесь мы рассмотрим ее с общих позиций. Туннелирование у или инкапсуляция, — это нестандартный (отличающийся от принятого в модели OSI порядка) способ инкапсуляции пакетов некоторого протокола двух объеди няемых сетей или узлов в пакеты протокола транзитной сети на ее границе и передача пакетов объединяемых сетей через транзитную сеть. Туннелирование применяется в тех 1 Мы здесь использовали термин «коммутация» как обобщенный термин, то есть в том же смысле, в котором он употреблялся в разделе «Обобщенная задача коммутации» главы 2. В этом контексте более привычный для описания работы сетевого уровня термин «маршрутизация» является частным случаем коммутации пакетов. Базовые понятия 671 случаях, когда транзитная сеть либо не поддерживает протокол объединяемых сетей, либо стремится изолировать транзитную сеть от объединяемых сетей. Данное описание подходит к стандартной схеме, описанной в модели OSI, если под про токолом объединяемых сетей понимать протокол IP, а под протоколом транзитной сети — любой протокол канального уровня, например Ethernet. Действительно, IP-пакеты могут инкапсулироваться на границе сети в кадры Ethernet и передаваться в этих кадрах через транзитную сеть Ethernet в неизменном виде. А при выходе из транзитной сети 1Р-пакеты извлекаются из кадров Ethernet и дальше уже обрабатываются маршрутизатором. Для того чтобы понять, в чем нестандартность инкапсуляции, сначала заметим, что в этом процессе принимают участие три типа протоколов: □ протокол-пассажир; □ несущий протокол; □ протокол инкапсуляции. При стандартной работе составной сети, описанной в модели OSI (и повсеместно приме няемой на практике), протоколом-спассажиром» является протокол IP, а несущим прото колом — один из протоколов канального уровня отдельных сетей, входящих в составную сеть, например Frame Relay или Ethernet. Протоколом инкапсуляции также является протокол IP, для которого функции инкапсуляции описаны в стандартах RFC для каждой существующей технологии канального уровня. При туннелировании протоколом-пассажиром является протокол объединяемых сетей, это может быть протокол канального уровня, не поддерживаемый транзитной сетью, или же протокол сетевого уровня, например протокол IPv6, отличный от протокола сетевого уровня транзитной сети. На рис. 19.7 показан пример сети, в которой трафик сетей Frame Relay передается по тунне лю через транзитную IP-сеть, канальный уровень которой эту технологию не поддерживает, так как построен на технологии Ethernet. Таким образом, протоколом-пассажиром является протокол FR, а несущим протоколом — протокол IP. Пакеты протокола-пассажира помещаются в поле данных пакетов несущего протокола с помощью протокола инкапсуляции. Инкапсуляция FR-кадров в 1Р-пакеты не является стандартной операцией для IP-маршрутизаторов. Это дополнительная для 672 Глава 19. Транспортные услуги и технологии глобальных сетей маршрутизаторов функция описывается отдельным стандартом и должна поддерживаться пограничными маршрутизаторами транзитной сети, если мы хотим организовать такой туннель. Инкапсуляцию выполняет пограничное устройство (обычно маршрутизатор или шлюз), ко торое располагается на границе между исходной и транзитной сетями. Пакеты протокола- пассажира при транспортировке их по транзитной сети никак не обрабатываются. Извле чение пакетов-пассажиров из несущих пакетов выполняет второе пограничное устройство, которое находится на границе между транзитной сетью и сетью назначения. Пограничные маршрутизаторы указывают в IP-пакетах, переносящих трафик туннеля, свои 1Р-адреса в качестве адресов назначения и источника. В связи с популярностью Интернета и стека TC P/IP ситуация, когда несущим протоколом транзитной сети обычно выступает протокол IP, а протоколом-пассажиром — некоторой канальный протокол, является очень распространенной. Вместе с тем применяются и другие схемы инкапсуляции, такие как инкапсуляция IP в IP, Ethernet в MPLS, Ethernet в Ethernet. Подобные схемы инкапсуляции нужны не только для того, чтобы согласовать транспортные протоколы, но и для других целей, например для шифрования исходного трафика или для изоляции адресного пространства транзитной сети провайдера от адрес ного пространства пользовательских сетей. Технология Frame Relay История стандарта Пакетная технология глобальных сетей Frame Relay появилась в конце 80-х годов в связи с распространением высокоскоростных и надежных цифровых каналов технологий PDH и SDH. До этого основной технологией глобальных сетей являлась технология Х.25, слож ный стек которой был рассчитан на низкоскоростные аналоговые каналы, отличавшиеся к тому же высоким уровнем помех и, следовательно, ошибок в передаче данных. Особенно стью Frame Relay является простота; освободившись от многих ненужных в современном телекоммуникационном мире функций, эта технология предоставляет только тот минимум услуг, который необходим для доставки кадров адресату. Вместе с тем разработчики техно логии Frame Relay сделали важный шаг вперед, предоставив пользователям сети гарантию пропускной способности сетевых соединений — свойство, которое до появления Frame Relay технологии пакетных сетей стандартным способом не поддерживали. Техника продвижения кадров Технология Frame Relay основана на использовании техники виртуальных каналов, которую мы кратко рассмотрели в главе 3. Техника виртуальных каналов является ком промиссом между неопределенностью дейтаграммного способа продвижения пакетов, ис пользуемого, например, в сетях Ethernet и IP, и жесткостью коммутации каналов, которая свойственна технологиям первичных и телефонных сетей. Рассмотрим технику виртуальных каналов сетей Frame Relay на примере сети, изобра женной на рис. 19.8. Технология Frame Relay 673 Таблица коммутации S2 ARP-таблица С1 ip Метка IP-C4 102 IP-C2 101 Входной порт Входная метка Выходной порт Выходная метка 1 106 4 117 4 117 1 106 2 102 4 101 4 101 2 102 Порт З Порт 3 1 0 6 ^ ф іш М Ш 106 I Входной порт Входная метка Выходной порт Выходная метка 1 101 2 103 1 102 3 106 2 103 1 101 3 106 1 102 і сз Рис. 19.8. Продвижение кадров вдоль виртуальных каналов FR Для того чтобы конечные узлы сети — компьютеры С1, С2, СЗ и сервер С4 — могли обме ниваться данными, в сети необходимо предварительно проложить виртуальные каналы. В нашем примере установлено три таких канала — между компьютерами С1 и С2 через коммутатор 51; между компьютером С1 и сервером С4 через коммутаторы 51 и 52; между компьютером СЗ и сервером С4 через коммутатор 52. , вирггуал ьныеканалы Frame Relay могут быть как однонаправленными (то есть способными ябздфааі**яюрі*і|г^ Будем считать, что в примере на рис. 19.8 установлены двунаправленные каналы. Процедура установления виртуальных каналов Frame Relay заключается в формировании таблиц коммутации в коммутаторах сети. Такие процедуры могут выполняться как вруч ную, так и системами управления сетью. Frgme Rgtey относятся к типу постом ты хшфтуальнькканапос {Permanent '/$йМфюуЩ І*/®, ойй заранее устанавливаются #5 команд ам операторе сети. В таблице коммутации каждого коммутатора должны быть сделаны две записи (для каж дого из двух направлений) о каждом из виртуальных каналов, проходящих через данный коммутатор. Запись таблицы коммутации состоит из четырех основных полей, каковыми являются: □ номер входного порта канала; □ входная метка канала в поступающих на входной порт пакетах; 674 Глава 19. Транспортные услуги и технологии глобальных сетей □ номер выходного порта; □ выходная метка канала в передаваемых через выходной порт пакетах. Например, вторая запись в таблице коммутации коммутатора 51 (запись 1-102-3-106) означает, что все пакеты, которые поступят на порт 1 с идентификатором виртуального канала 102, будут продвигаться на порт 3, а в поле идентификатора виртуального канала появится новое значение — 106. Так как виртуальные каналы в нашем примере двунаправ ленные, то для каждого канала в таблице коммутации должно существовать две записи, описывающие преобразование метки в каждом из направлений. Так, для записи 1-102-3-106 существует запись 3-106-1-102. Метки виртуального канала имеют локальное для коммутатора и его порта значение то есть они никаким образом не принимаются во внимание на портах других коммутаторов^ Комбинации «метка-порт» должны быть унтальными впределах одного коммутатора. ■ . Непосредственно соединенные порты дзух коммутаторов должны использовать согласованные значения меток для каждого виртуальногоканала, проходящего через эти порты. ; Метка виртуального канала является локальным адресом этого канала, формально мет ка FR имеет название DLCI (Data Link Connection Identifier — идентификатор соединения уровня канала данных). Метки DLCI переносятся кадрами FR; формат такого кадра показан на рис. 19.9. Рис. 19.9. Формат кадра FR Поле DLCI состоит из 10 бит, что позволяет задействовать до 1024 виртуальных соедине ний. Поле DLCI может занимать и большее число разрядов — этим управляют признаки расширения адреса ЕА0 и ЕА1 (аббревиатура ЕА как раз и означает Extended Address, то есть расширенный адрес). Если бит расширения адреса установлен в ноль, то признак на зывается ЕА0 и означает, что в следующем байте имеется продолжение поля адреса, а если бит расширения адреса равен 1, то поле называется ЕА1 и означает окончание поля адреса. Десятиразрядный формат DLCI является основным, но при использовании трех байтов для адресации поле DLCI имеет длину 16 бит, а при использовании четырех байтов — 23 бита. Поле данных может иметь размер до 4056 байт. Поле С/R переносит признак команды (Command) или ответа (Response). Этот признак является унаследованным от протоколов Х.25 и в операциях FR не используется. Поля DE (Discard Eligibility), FECN (Forward-explicit congestion notification) и BECN (Backward-explicit congestion notification) используются протоколом FR для оповещения коммутаторов сети FR о возможности отбрасывания кадров (DE), а также о перегрузке в сети (FECN и BECN). Технология Frame Relay 675 После того как виртуальные каналы установлены, конечные узлы могут использовать их для обмена информацией. Для этого администратор сети должен для каждого конечного узла создать статические записи таблицы ARP. В каждой такой записи устанавливается соответствие между IP- адресом узла назначения и начальным значением метки виртуального канала, ведущего к этому узлу. Например, в таблице ARP компьютера С1 должна присутствовать запись, отображающая IP -адрес сервера С4 на метку 102 для виртуального канала, ведущего к серверу С4. Давайте сейчас проследим путь одного кадра, отправленного компьютером С1 серверу С4. При отправлении кадра (этап 1 на рис. 19.8) компьютер помещает в поле адреса начальное значение метки 102, взятое из его таблицы ARP. Коммутатор 51, получив на порт 1 кадр с меткой 102, просматривает свою таблицу ком мутации и находит, что такой кадр должен быть переправлен на порт 3, а значение метки в нем должно быть заменено на 106. ПРИМ ЕЧАНИЕ--------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Операция по замене метки (label swapping) характерна для всех технологий, использующих технику виртуальных каналов. Может возникнуть законный вопрос: «А зачем менять значение метки на каждом коммутаторе? Почему бы не назначить каждому виртуальному каналу одно неизменяемое значение метки, которая бы играла роль физического адреса узла назначения?» Ответ состоит в том, что в первом случае уникальность меток достаточно обеспечивать в пределах каждого отдельного порта, а во втором — в пределах всей сети, что гораздо сложнее, так как требует наличия в сети цен трализованной службы назначения меток. В результате действий коммутатора 51 кадр отправляется через порт 3 к коммутатору 52 (этап 2). Коммутатор 52, используя свою таблицу коммутации, находит соответствующую запись, заменяет значение метки на 117 и отправляет кадр узлу назначения — серверу С4. На этом обмен заканчивается, а при отправке ответа сервер С4 задействует метку 117 как адрес виртуального канала, ведущего к компьютеру С1. Как видно из этого описания, коммутация выполняется очень экономично, так как преоб разования передаваемых кадров минимальны — они сводятся только к замене значения метки. В кадрах указывается только адрес назначения, роль которого в сетях Frame Relay играет метка. В качестве адреса отправителя может быть использовано последнее значение метки, оно однозначно определяет путь в обратном направлении по виртуальному каналу, соединяющему получателя и отправителя. Гарантии пропускной способности Сети Frame Relay создавались для оказания коммерческих услуг операторов связи по передаче компьютерного трафика. Одной из новых и очень привлекательных для клиентов услуг Frame Relay стала поддержка гарантий пропускной способности виртуальных соеди нений. Для каждого виртуального соединения в технологии Frame Relay определяется несколько параметров, связанных со скоростью передачи данных. |