Технология Frame Relay

Широкополосная ISDN.

Широкополосная ISDN (Broadband ISDN – B-ISDN) - обеспечивает скорости превышающие скорость первичного доступа ISDN (Primary Rate Interface). Это новая технология. С внедрением B-ISDN станут доступными услуги видео, требующие скоростей на порядок выше, чем в ISDN.

В стандартах B-ISDN определены следующие скорости передачи:

- полнодуплексная 155.52 Мбит/с

- асимметричная 155.52 Мбит/с от абонента к сети и 622.08 Мбит/с в обратном направлении.

- полно дуплексная 622.08 Мбит/с

Скорость 155.52 Мбит/с поддерживает все службы узкополоснойISDN, в том числе один или более интерфейсов BRI и PRI. Кроме того, она поддерживает практически все службы B-ISDN. Т.о. скорость 155.52 Мбит/с будет наиболее распространенной в B-ISDN. Скорость 622.08 Мбит/с наиболее подходит для магистральных участков сети и линий абонентского доступа в направлении от провайдера к абоненту.

Рост компьютерных приложений, требующих высоких скоростей информационного обмена, быстрое увеличение производительности персональных компьютеров и автоматизированных рабочих мест, а также увеличение числа помехоустойчивых и высокоскоростных каналов связи привело к созданию нового метода информационного обмена в территориально распределенных сетях. Этот новый метод характеризуется высоким быстродействием, низкой задержкой, разделением портов и полосы пропускания на основании виртуальных каналов.

Frame Rе1ау имеет характеристики, которые делают его идеальным решением для передачи "взрывного" трафика. Frame Rе1ау предлагает пользователям возможность улучшить работу (время ответа) сети и существенно уменьшить затраты на передачу для множества сетевых приложений.

Frame Rе1ау (ретрансляция кадров) - это метод доставки сообщений в сетях передачи данных коммутацией пакетов. Первоначально разработка стандарта Frame Rе1ау ориентировалась на цифровые сети интегрированного обслуживания (ISDN – Integrated Services Digital Networks), однако позже стало ясно, что Frame Rе1ау применим и в других сетях передачи данных (под данными понимается любое сообщение, представленное в цифровой форме). К числу достоинств метода, прежде всего, необходимо отнести малое время задержки, простой формат кадров, содержащих минимум управляющей информации, и независимость от протоколов верхних уровней. Frame Rе1ау является бит-ориентированным синхронным протоколом и использует "кадр" в качестве основного информационного элемента - в этом смысле он очень похож на протокол HDLC (High Level Data Link Control). Одним из основных отличий протокола Frame Rе1ау от HDLC является то, что он не предусматривает передачу управляющих сообщений (нет командных или супервизорных кадров, как в НDLС). Для передачи служебной информации используется специально выделенный канал сигнализации. Другое важное отличие - отсутствие нумерации последовательно передаваемых (принимаемых) кадров. Дело в том, что протокол Frame Rе1ау не имеет никаких механизмов для подтверждения правильно принятых кадров. Протокол Frame Rе1ау является весьма простым по сравнению с НDLС и включает в себя небольшой свод правил и процедур организации информационного обмена. Основная процедура состоит в том, что если кадр получен без искажений, он должен быть направлен далее по соответствующему маршруту. При возникновении проблем, связанных с перегрузкой сети Frame Rе1ау, ее узлы могут отказываться от каких-либо кадров.

Frame Rе1ау обеспечивает возможность передачи данных с коммутацией пакетов через интерфейс между устройствами пользователя (например, маршрутизаторами, мостами, главными вычислительными машинами) и оборудованием сети (например, переключающими узлами). Устройства пользователя часто называют терминальным оборудованием (DТЕ), в то время как сетевое оборудование, которое обеспечивает согласование с DTЕ, часто называют устройством завершения работы информационной цепи (DСЕ). Frame Rе1ау является протоколом для линии с большим потоком информации, обеспечивая более высокую производительность и эффективность.

В роли интерфейса между оборудованием пользователя и сети, Frame Rе1ау обеспечивает средства для мультиплексирования большого числа логических информационных диалогов (называемых виртуальными цепями) через один физический канал передачи, которое выполняется с помощью статистики.

Важной характеристикой Frame Rе1ау является и то, что он использует новейшие достижения технологии передачи глобальных сетей. Более ранние протоколы WAN были разработаны в то время, когда преобладали аналоговые системы передачи данных и медные носители. Эти каналы передачи данных значительно менее надежны, чем доступные сегодня каналы с волоконно-оптическим носителем и цифровой передачей данных. В таких каналах передачи данных протоколы канального уровня могут предшествовать требующим значительных временных затрат алгоритмам исправления ошибок, оставляя это для выполнения на более высоких уровнях протокола. Следовательно, возможны большие производительность и эффективность без ущерба для целостности информации. Именно эта цель преследовалась при разработке Frame Rе1ау. Он включает в себя алгоритм проверки при помощи избыточного циклического кода (СRС) для обнаружения испорченных битов (из-за чего данные могут быть отвергнуты), но в нем отсутствуют какие-либо механизмы для корректирования испорченных данных средствами протокола (например, путем повторной их передачи на данном уровне протокола).

В настоящее время, когда большинство протоколов высших уровней эффективно выполняют свои собственные алгоритмы управления потоком, необходимость в этой функциональной возможности на канальном уровне уменьшилась. Frame Rе1ау не включает явно выраженных процедур управления потоком, которые являются избыточными для этих процедур в высших уровнях. Вместо этого предусмотрены очень простые механизмы уведомления о перегрузках, позволяющие сети информировать какое-либо устройство пользователя о том, что ресурсы сети находятся близко к состоянию перегрузки. Такое уведомление может предупредить протоколы высших уровней о том, что может понадобиться управление потоком.

Стандарты Frame Rе1ау адресованы перманентным виртуальным цепям (РVС), определение конфигурации которых и управление осуществляется административным путем в сети Frame Rе1ау. Был также предложен и другой тип виртуальных цепей - коммутируемые виртуальные цепи (SVС).

Frame Rе1ау определяется как "пакетный режим" обслуживания, означающий, что данные преобразуются в индивидуально адресованные единицы. (Это происходит быстрее, чем при помещении в установленные временные интервалы). Frame Rе1ау полностью устраняет всю обработку на сетевом уровне. Кроме того, Frame Rе1ау использует только часть функций канального уровня, так называемые "основные аспекты", которые включают проверку ошибок в кадре, но не требуют повторной передачи кадра при обнаружении ошибки. Таким образом, такие традиционные функции протокола передачи данных как проверка последовательности поступления кадров, регулирование размера "окна", механизм подтверждений не используются в сети Frame Rе1ау. Результатом исключения этих функций является существенное увеличение производительности (т.е. числа кадров, которые могут быть обработаны в секунду). По той же самой причине, задержка при использовании метода Frame Rе1ау достаточно низкая.

Поскольку протокол Frame Rе1ау значительно упрощен, ответственность за непрерывную и безошибочную передачу данных лежит на оконечных устройствах. Одна из особенностей Frame Rе1ау состоит в использовании кадров переменной длины. Это очень полезно при организации эффективной работы с LAN и другими источниками, которые требуют переменного размера кадра. Некоторые типы трафика критичны к задержке, например, речь и сжатое видео. Frame Rе1ау, к сожалению, плохо приспособлен для передачи такого трафика. Frame Rе1ау полностью соответствует требованиям источников "взрывного" трафика, например при информационном обмене LAN-to-LAN.

Для адресации пакетов в заголовке Frame Rе1ау содержится 10-разрядный идентификатор канала передачи данных (DLCI), который является номером связанного с определенным получателем виртуального канала. В случае информационного обмена LAN-WAN DLCI обозначает порт, к которому подключается LAN, см. рис. 26.

Рис. 26. Сеть Frame Relay.

При передачи данных через сеть Frame Rе1ау, обработка производится по следующему алгоритму:

1. Проверка целостности кадра. Используется проверочная последовательность кадра. В случае выявления ошибки кадр удаляется.

2. Сравнение DLCI кадра с таблицей DLCI в узле.Если для данного канала DLCI не определен, то кадру удаляется.

3. Ретрансляция кадра к получателю. Осуществляется из порта, указанного в таблице.

Разработанные в 1991 году стандарты предполагали использование в сетях Frame Relay только постоянных виртуальных каналов (РVС). Такие каналы устанавливаются непосредственно администратором сети через систему управления. РVС в сети Frame Rе1ау обычно определяет связь между двумя LAN, поэтому новый РVС необходим только при подключении новой LАN к сети. РVС полностью удовлетворяют требованиям большинства приложений. В ряде случаев возможно использование коммутируемых виртуальных каналов (SVС).

Основная процедура протокола Frame Rе1ау очень проста и включает одно правило: если имеется какая-нибудь проблема с обработкой кадра, то он уничтожается. К потере кадра Frame Rе1ау могут привести две основные причины:

- обнаружение ошибок в кадре;

-возникновение перегрузки в сети.

Оконечные устройства управляются протоколами высших уровней, которые могут обнаруживать и восстанавливать потерянные данные в сети, таким образом сеть может удалить кадр, не нарушая целостности сообщения. При обнаружении ошибки в кадре (не совпадает кодовая последовательность СRС) узел просто отказывается от кадра и переходит к обработке следующего. Процедура выявления ошибок и перезапроса возлагается на возможности персональных компьютеров или автоматизированных рабочих мест, которое являются отправителями данных. Использование механизма исправления ошибок на высоких уровнях не оправдано, если использовать зашумленные каналы с высокой вероятностью появления ошибки. В настоящее время в мире становится все больше оптоволоконных линий передачи с чрезвычайно низкими показателями вероятности появления ошибки, поэтому восстановления данных на таких линиях происходит достаточно редко и не является существенной проблемой. Таким образом, Frame Rе1ау максимально эффективен только на хороших каналах связи (с малой вероятностью возникновения ошибки).

Наиболее существенная причина потери кадров - перегрузка в сети. Перегрузка происходит в следующих ситуациях:

- узел сети не справляется с обработкойвходного потока;

- интенсивность потока данных (число пакетов в секунду) на входе не соответствует скорости канала связи;

- переполнение буфера (временнаяпамять для обработкикадра или выходной очереди кадров ) узла коммутации.

Очень важно, чтобы сеть Frame Rе1ау имела хорошие механизмы управления потоком, которые могли бы минимизировать вероятность возникновения и масштабы перегрузок, а также уменьшить влияние потерянных кадров.

При практической реализации сетей Frame Rе1ау должны быть определены механизмы для решения следующих важных проблем:

- уведомление о возникновении перегрузки;

- сообщение о состоянии виртуальных каналов;

- обеспечение равноправия и гарантируемой производительности для пользователей;

- учет будущего расширения сети и новых условий эксплуатации.

В общем случае использование механизмов управления необязательно. Однако, они существенно влияют на такие показатели сети как производительность, время ответа, эффективность использования каналов и оконечного оборудования пользователей.

В случае возникновения перегрузки в одной точке сети Frame Rе1ау часть входящих кадров уничтожается. Если входная нагрузка продолжает увеличиваться, это приводит к серьезной перегрузке и эффективная производительность сети начинает уменьшаться из-за многократной передачи одного и того же кадра. В случае серьезной перегрузки (блокировки) полная производительность сети может сильно упасть и единственный способ выхода из данного положения - уменьшение входящей нагрузки. В связи с этим были использованы несколько механизмов об уведомлении устройства пользователя о перегрузке. В этом случае устройство пользователя должно уменьшить объем передаваемой информации. В идеальном случае сеть должна отследить появление перегрузки и при помощи специальных возможностей предотвратить появление серьезной перегрузки.

Один из механизмов уведомления о перегрузке использует два бита "явного уведомления о перегрузке " (ЕСN) в заголовке кадра Frame Rе1ау. Это бит "явного уведомления приемника о перегрузке " (FЕСN) и бит "явного уведомления источника о перегрузке" (ВЕСN). На рисунке 2.2 изображено использование этих битов.

Рис. 27 Использование FЕСN и ВЕСN при явном уведомлении о перегрузке.

Если узел В приближается к состоянию перегрузки. Это могло быть вызвано, например, временным пиком входящего в узел трафика или пиком трафика в канале между узлами В и С. Узел В может обнаружить начало перегрузки по внутренним признакам, таким как чрезмерное использование памяти или увеличение длины очереди. Узел С (следующий по направлению к получателю) будет уведомлен об этом, получив кадр с установленным битом FЕСN. Все последующие по направлению к получателю узлы, также как и устройство пользователя, узнают, что на определенных DLCI появилась перегрузка.

Для некоторых протоколов полезнее уведомить источник данных о перегрузке для того, чтобы он смог замедлиться до пропадания перегрузки. Узел В также наблюдает за кадрами, которые передаются в обратную сторону, и устанавливает бит ВЕСN в 1. Этот процесс установки FЕСN и ВЕСN может осуществляться одновременно на нескольких DLCI в ответ на перегрузку в данном канале или узле. Биты ЕСN представляют важный инструмент для уменьшения серьезных состояний перегрузки.

Другой механизм уведомление о перегрузках - это механизм передачи сигналов управления, известный как CLLM. При использовании CLLM один из DLCI (номер 1023) в интерфейсе Frame Rе1ау зарезервирован для передачи управляющих сообщений канального уровня от сети к устройству пользователя. Стандарт АNSI определяет формат сообщения CLLM, которое сеть посылает устройству пользователя. Оно содержит причину перегрузки (например, чрезмерного трафика, отказ канала, и т.д.) и список всех DLCI в которых необходимо уменьшить трафик и тем самым снизить перегрузку. CLLM может использоваться вместо или в дополнение к битам ЕСN, чтобы сообщить устройству пользователя о возникновении перегрузки. CLLM обеспечивает дополнительный (необязательный) стандартный механизм для передачи сигналов уведомления о перегрузке.

Некоторые протоколы верхних уровней, которые реализованы в оконечных устройствах, имеют механизм неявного обнаружения перегрузки. Эти протоколы используются для эффективной передачи информации по сетям с неопределенной вместимостью. Такие протоколы ограничивают поток данных посредством "окна", которое позволяет только ограниченному числу кадров быть посланными до получения подтверждения. Протокол может обнаружить перегрузку по увеличению задержки передачи сообщения к получателю и обратно или по анализу потери кадров в сети. Этот механизм известен как "неявное уведомление о перегрузке".

Если признаки указывают на возникновение перегрузки, протокол может уменьшить размер окна, что приведет к уменьшению входной нагрузки на сеть. Соответственно, при уменьшении перегрузки размер окна может постепенно увеличиваться. Регулирование размера окна может являться одним из механизмов ответа и на явное уведомление о перегрузке. В стандартах АNSI указано, что неявное и явное уведомление о перегрузке является дополнительным средством для повышения эффективности сети.

В соответствии со стандартами Frame Rе1ау устройство пользователя должно регулировать свой трафик. Для этого предложены некоторые подходы, включающие принципы регулирования размера окна. Выполнение устройством пользователя рекомендуемых действий приводит к уменьшению объема передаваемой информации, тем самым к сокращению перегрузки. В этом случае из сети Frame Rе1ау в последнюю очередь удаляются пакеты данных, наиболее чувствительных к задержкам, например телефония или видео. Однако устройство пользователя может и не выполнять данные рекомендации. Оно может просто игнорировать сигнал перегрузки и продолжать передавать данные с той же интенсивностью. Это привело бы к появлению сложной перегрузки или блокировки (узла, части сети, сети полностью). В этом случае сеть защищает себя, используя основное правило Frame Rе1ау: если имеется проблема с обработкой кадра, то он уничтожаются. Поэтому, если возникает перегрузка, то часть кадров уничтожается. Это увеличит время ответа и уменьшит полную производительность сети, но сеть будет продолжать функционировать. Кроме того, если сеть достаточно интеллектуальна, может происходить уничтожение кадров конкретного пользователя, гарантируя другим сохранность их кадров. Под термином "устройство пользователя" для сетей Frame Rе1ау обычно понимается устройство, непосредственно связанное с сетью, например маршрутизатор или мост.

Трафик в сетяхFrame Rе1ау генерируется широким диапазоном источников от медленных например, операционный терминал, который посылает небольшие потоки данных) до быстродействующих устройств (графические автоматизированные рабочие места, способные послать мультимегабитные потоки данных). Проблема состоит в обеспечении источников небольших потоков данных и данных, критичных к задержкам (голос, видео) гарантированной полосой пропускания, которая в общем случае может быть перекрыта источниками мультимегабитных потоков. Однако устройства пользователей могут игнорировать сигналы перегрузки. В этом случае производители решают проблему гарантии полосы пропускания в соответствии со стандартом АNSI. Один из битов в заголовке кадра Frame Rе1ау используется как "Разрешение сброса" (DЕ). Бит DЕ указывает, что в случае возникшей перегрузки сеть будет первыми уничтожать кадры с установленным битом DЕ. Этот бит может быть установлен устройством пользователя для некоторых кадров с низким приоритетом. Конечно не все устройства пользователей будут придерживаться этого принципа. Поэтому бит DЕ может устанавливаться непосредственно узлом сети для указания последующим узлам, что при необходимости данный кадр может быть уничтожен в первую очередь. Таким образом, бит DЕ является инструментом, который дает возможность сети управлять производительностью. В результате этот инструмент может использоваться для обеспечения пользователю предсказуемой и даже гарантированной производительности.

Имеются различные способы определения перегрузки. Наиболее простой подход состоит в том, чтобы распознать перегрузку по удалению кадров. Более совершенные алгоритмы контролируют внутренние параметры, например, длину очереди, чтобы обнаружить перегрузку прежде, чем это приведет к удалению кадров. При обнаружении перегрузки сеть должна разумно принять решение о том, какие источники должны уменьшить входную нагрузку. Выборочный подход намного лучше (и справедливее) чем общий подход, когда замедляются все источники трафика.

В случае перегрузки узлы должны принять решение об удаление кадров. Самый простой подход состоит в том, что кадр выбирается наугад. В этом случае увеличивается число оконечных устройств, которые должны вести восстановление кадров из-за их потери. Возможно улучшить работу сети, отказываясь от кадров в конкретном РVС.

Использование бита DЕ - мощный механизм для оптимизации решения об удалении кадра, и используется как в пограничных, так и во внутренних транзитных узлах сети. Этот механизм может использоваться как инструмент для обеспечения гарантируемого уровня обслуживания пользователям. Каждый пользователь выбирает "Гарантированную скорость передачи данных " (СIR), которая определяет потребность пользователя для передачи трафика в течение определенного периода времени. Сеть измеряет пользовательский трафик через определенные интервалы. Если пользователь посылает данные со скоростью не большей, чем СIR, сеть не будет изменять бит DЕ, и кадр гарантированно будет передан по сети. Если скорость превысит СIR в течение данного периода времени, то входной узел установит бит DЕнаизбыточных кадрах и будет продолжать передавать эти кадры, если сеть не перегружена. Наконец, если скорость поступления кадров окажется выше максимальной, то все избыточные кадры будут удаляться и не будут влиять на других пользователей.

Высокая скорость желательна для того, чтобы время задержки в сети было низким. Но так как трафик "взрывной", скорость нормального трафика для большинства пользователей будет несколько ниже, чем полная скорость в канале даже в течение пиковых часов. При использовании бита DЕ и с учетом "измерения" трафика сеть может гарантировать предсказуемый уровень обслуживания. Эта способность может быть весьма ценной. Этот метод может быть применим для проектирования и управления сетью, чтобы каждый пользователь получил соответствующий уровень обслуживания. Данные с более высоким приоритетом получили бы наименьшую задержку по сравнению с кадрами более низкого приоритета и гарантию доставки (более низкая вероятность удаления кадра). Эта особенность важна в сетях, которые поддерживают чувствительные к задержке приложения, и в то же время используются для передачи объемных файлов, которые более интенсивно занимают полосу пропускания, но менее чувствительны к времени ответа. Для чувствительных к задержке данных назначался бы более высокий приоритет, гарантируя быструю доставку.

В случае обычного использования DLCI имеет только локальное значение. Это означает, что каждый DLCI определяет канал связи от данного порта до одного из 1024 других портов сети. Тот же самый номер DLCI может многократно использоваться в различных портах. Таким образом, порт может иметь до 1024 DLCI. Число адресов в сети теоретически не ограничено. В некоторых стандартах Frame Rе1ау, например в LMI, применяется глобальная схема адресации. В этом случае кадры, исходящие из разных портов, но имеющие одинаковый DLCI будут иметь одного и того же получателя. Это упрощенный подход, который разрешает иметь 1024 DLCI в сети, так как адреса являются глобальными и не могут использоваться в другом порту. Глобальная адресация может упростить обращение к объектам в небольших сетях, однако это противоречит стандартам АNSI и ITU-Т. В частности, при использовании глобальных адресов было бы невозможно соединить частную сеть с сетью общего пользования или с другой частной сетью. Стандарты резервируют 32 DLCI для внутреннего использования сети, делая 992 DLCI доступными для использования.

Для большинства сетевых приложений размер поля DLCI десять бит вполне достаточен. Для больших сетей стандарт АNSI предусматривает биты "расширения адреса" (ЕА) в заголовке кадра. Они могутбыть установлены для увеличения заголовка до трех или четырех байт, увеличивая разрядностьDLCI и расширяя диапазон возможных адресов.

Организации, занимающиеся стандартизацией Frame Rе1ау, АNSI и ITU-Т определили стандарты для коммутируемых виртуальных каналов (SVС) в сетях Frame Rе1ау. Они определяют механизм, позволяюший устройству пользователя устанавливать (или разрывать) виртуальное соединение. Сейчас применение РVС достаточно для большинства сетевых задач, но применение SVС может оказаться важным для будущего использования в сетях общего пользования и для большинства частных сетей. Одна из наиболее важных практических задач использования SVС состоит в упрощении управления виртуальными кан алами в большой сети.

Использование постоянных виртуальных каналов означает, что все соединяющие оконечные устройства виртуальные каналы определены оператором сети. Однако активный путь трафика от узла к узлу может быть выбран из нескольких возможных. При самом примитивном подходе оператор сети должен определить на путь (и несколько дополнительных путей) от узла к узлу. Эти пути должны быть отражены в маршрутных таблицах узлов или, что менее надежно, в центральной системе управления сетью. Генерация такой таблицы отнимает достаточно много времени для обеспечения оптимальной маршрутизации в большой сети. Более эффективным является определение маршрутных таблиц автоматически системой управления сетью. Это приводит к уменьшению рабочей нагрузки оператора сети, но все же представляет недостаточно оптимальное решение.

Лучший подход состоит в том, чтобы маршрут определялся автоматически в узлах коммутации. В случае отказа канала или при последовательной перегрузке сеть должна автоматически и динамически найти лучший доступный дополнительный маршрут. В наиболее сложных подходах предполагается, что в каждом узле заложен маршрут каждого РVС, и при выборе маршрута узел способен учесть различные типы каналов (например, спутниковый, наземный, комбинированный, и т.д.) для гарантии автоматической оптимизации использования ресурсов сети для различных категорий пользователей. Архитектура сети и система управления сетью должна предоставить оператору сети способность "настроить" автоматическую маршрутизацию для соответствия потребностям сети.

Внутренний состав сети Frame Rе1ау пока не определен стандартами, но является принципиальным при построении качественных сетей связи. Эффективное функционирование сложной сети Frame Rе1ау требует, чтобы функции типа выбора РVС, предотвращения перегрузок и стратегии обработки ошибок управлялись непосредственно узлами сети автоматически и динамически. Сеть может обеспечивать гарантируемый уровень производительности пользователям посредством "измерения" трафика и использования в сети СIR и бита DЕ. Методы управления сетью включают контроль в реальном масштабе времени, статистику трафика и обширную удаленную диагностику.

Контрольные вопросы:

1. Для чего в ISDN используется D-канал?

2. Использует ли Frame Relay механизм квитирования?

3. В каких случаях в Frame Relay удаляются кадры?

4. Какие уровни эталонной модели OSI охватывает D-канал?

5. Как работает механизм "неявное уведомление о перегрузке" в Frame Relay?

6. Какова пропускная способность (в бит/с) D-канала?

7. Сколько В-каналов содержит Т1-канал?

8. Сколько В-каналов содержит Е1-канал?

Лекция10

Функциональные устройства ISDN

ISDN применяется в коммуникациях «пользователь-пользователь» и «пользователь-сеть». Хотя модули (плоскости) ISDN выполняют функциональную роль нижних уровней модели OS1, отдельные аспекты ISDN невозможно полностью выразить в терминах данной модели. ISDN имеет отношение исключительно к сетевым операциям и, следовательно, полностью описывается нижними тремя уровнями модели OSI. Уровни 4-7 стека OSI отвечают управление соединением и за сквозное следование. В ISDN предполагается, что функции более высокого уровня реализуются участвующими в коммуникациях хост-системами. Кроме того, для определения взаимодействия над физическим уровнем В и D-каналов необходимы разные протоколы. На физическом уровне оба канала используют один и тот же интерфейс, поэтому здесь применяются одинаковые стандарты и протоколы. Выше используются разные протоколы. Фактически большинство протоколов СС1ТТ для ISDN описывают передачу пользовательских сигналов в D- канале.

Физический уровень ISDN соответствует уровню 1 модели OSI и выполняет следующие функции:

- кодирование цифровых данных

- дуплексную передачу по В-каналу

- дуплексную передачу по D-каналу

- мультиплексирование соединений ВRI и РRI

- активизацию и деактивизацию виртуального канала

- передачу питания от NТ1 на терминальные устройства

- идентификацию терминального устройства

- выделение D-канала и управление доступом

Устройства ISDN подключаются в опорных точках. Протоколы ISDN описывают характер соединения и взаимодействие, которое происходит в этих опорных точках.

Важное значение в схеме интерфейса «абонент-сеть» имеет понятие опорной точки. Опорные точки описывают взаимодействие между функциональными группами и позволяют объединить связанные функции. Взаимодействие в опорной точке определяются протоколами передачи информации с пользовательского узла ISDN в сеть ISDN.

Стандарты ISDN определяют следующие устройства или функциональные группы:

- Оконечная станция типа 1 (NТ1 – network termination type 1). NT1 - это физическое оконечное устройство пользовательского интерфейса ISDN. Выполняет функции 1-го уровня OSI: физическое соединение между ISDN и устройствами пользователя, обслуживание линии и мониторинг производительности. NT1 поддерживает несколько каналов ВRI, РRI и осуществляет мультиплексирование битовых потоков с помощью разделения по времени (ТDМ).

- Оконечная станция типа 2 (NT2 -– network termination type 2). В зависимости от уровня встроенной логики (интеллектуальности) реализуют средства OSI уровня 1,2 и/или 3. NТ2 используется как концентратор или коммутатор пользовательских устройств ISDN. В качестве примеров можно привести офисные АТС, шлюзы ЛВС и любые устройства с коммутацией пакетов. В небольших узлах, где ISDN -устройства подключены непосредственно к NТ1, можно обойтись без NT2.

- Терминальное оборудование типа 1 (ТЕ1 -– network termination type 1). ТЕ1 - это любое ISDN -устройство конечного пользователя, применяющее протоколы ISDN и поддерживающее службы ISDN. Примерами являются телефоны ISDN, факсы ISDN, рабочие станции ISDN.

- Терминальное оборудование типа 2 (ТЕ2 -– network termination type 2). ТЕ2 — это устройства конечного пользователя, несовместимые с ISDN (например аналоговые телефоны).

- Терминальный адаптер (ТА –terminal adapter). Позволяет устройствам не поддерживающим ISDN (ТЕ2) взаимодействовать с ISDN.

Опорные точки.

В стандартах ISDN определяются различные соединения между устройствами. Каждый тип соединения (или интерфейс) требует конкретного протокола. Такие интерфейсы называются опорными точками.

Стандарт ISDN предусматривает 4 наиболее важные опорные. Точки ISDN: R, S, Т, U. Их можно определить следующим образом:

- опорная точка R описывает интерфейс между не поддерживающими ISDN оконечными устройствами (ТЕ2) и терминальными адаптерами (ТА).

- опорная точка S описывает интерфейс между ТЕ1 или ТА и оконечным устройством ISDN (NТ1 или NТ2).

- опорная точка Т описывает интерфейс между локальным коммутирующим устройством NТ2 и оконечным устройством абонентам (МТ1).

- опорная точка U находится между NТ1 и местной телефонной сетью (LЕ) и определяет стандарт коммуникации между ними. Стандарты СС1ТТ специфицируют устройство NТ1 как часть локальной сети и не имеют отношения к местной абонентской линии.

Кроме основных опорных точек есть дополнительные - К, L, М, N, Р опорные точки. В основном они определяют интерфейс между ISDN -сетями и не ISDN сетями.

Поддерживаемая стандартом ВRI конфигурация «точка-точка» допускают удаление устройства NТ от подключенного терминального оборудования на расстояние до 1 км. Многоточечное соединение определяется как короткая или расширенная пассивная шина. В конфигурации с короткой пассивной шиной к одной шине подключаются устройство NТ и до 8-ми ТЕ. ТЕ могут удаляться от NТ более чем на 200 м. Расширенной пассивной шиной называют группу из нескольких ТЕ, удаленных друг от друга не более чем на 50 м. Сама группа ТЕ может быть удалена от NТ на расстояние до 1 км.

В каждый момент времени В-каналы используются только одним устройством. Система сигналов «пользователь-сеть» гарантирует, что в любое время В-каналу присваивается только одно устройство ТЕ. Многоточечные конфигурации, допускаемые ВRI, должны использовать D-канал одновременно, что позволяет осуществлять обмен сообщениями между пользователем и сетью. Стандарты ВRI определяют полнодуплексный обмен. Физическое соединение между NТ и ТЕ осуществляется как минимум по 2-м парам проводников (одна пара передает в одном направлении).

Передача управляющих сигналов.

В BRI применяется псевдотроичное кодирование: "ноль" всегда представляется положительным или отрицательным напряжением, а "единица" - отсутствием напряжения. Импульсы двоичного нуля должны изменять напряжение с положительного на отрицательное. В кадре BRI используются специальные биты для балансирования напряжения в линии, обеспечивающие отсутствие в ней постоянного напряжения.

Кадры BRI представляет собой структуру с синхронным разделением времени. Это означает, что обмен данными осуществляется группами битов называемыми кадрами. Каждый кадр ВRI содержит 48 бит. Для ВRI в конфигурации 2В+D общая скорость передачи составляет 192 кбит/с. Один кадр переносит 16 бит для каждого В-канала и 4 бита для D-канала. В кадре эти биты чередуются в конкретной последовательности.

Канал B1 D B2 D B1 D B2 D Число битов 8 1 8 1 8 1 8 1

Рис. 29. Кадр ISDN

Кроме того ВRI можно конфигурировать как 1В+D и даже как один D-канал. Если применяется одна из этих дополнительных конфигураций, неиспользуемые биты кадра заполняются единицами (т.е. сигнал не передается).

Другие 12 бит кадра отвечаютза его обработку и синхронизацию:- Е-биты. При передаче от NT к ТЕ кадр несет в себе Е-биты, повторяющие последние биты, переданные по D-каналу. Е-биты управляют доступом к NT подключенных устройств ТЕ. Так как в любой момент времени В-канал может использовать только одно устройство, никаких проблем с выделением В-канала не возникает. Все устройства должны работать через один общий D-канал (осуществляя передачу сигналов). Устройства ТЕ отслеживают Е-биты и поэтому знают, могут ли они продолжать передачу. Если передающее ТЕ получает Е-бит со значением, отличным от своего последнего D-бита, это значит, что оно больше не владеет D-каналом и поэтому прекращает передачу.

- L-биты. Биты баланса постоянного напряжения в линии обеспечивает присутствие в кадре четного числа единиц, что гарантирует отсутствие в цепи постоянного напряжения. Если перед L-битом следует нечетное число нулей, он устанавливается в "ноль", а если нечетное число единиц - то в "единицу".

- F-бит. Нулевой бит в начале кадра. За каждым F-битом для баланса напряжения в линии следует L-бит. Конфигурация "F-бит - L-бит" отмечает начало кадра, распознаваемое на приемном конце.

- А-бит. Бит, используемый для активизации или деактивизации ТЕ.

- F_a-бит. Дополнительный бит кадра. Если не применяется группирование кадров, всегда устанавливается в "ноль".

- S-бит. Резерв.

1 1 8 1 1 1 1 8 1 1 1 8 1 1 1 8

F

L

В1

L

D

L

F

L

В2

L

D

L

В1

L

D

L

В2

...

Пакет от ТЕ к NT

1 1 8 1 1 1 1 1 8 1 1 1 8 1 1 1 8

F

L

В1

Е

D

А

F

Fa

В2

Е

D

S

В1

Е

D

S

В2

...

Пакет от NT к TE

Рис. 30. Кадры ISDN.

Е-биты помогают управлять доступом ТЕ к S или Т интерфейсу. В-каналы всегда выделяются одному устройству ТЕ, поэтому разрешать конфликты нет необходимости. При доступе к D-каналу разрешение конфликтов осуществляется следующим образом:

- ТЕ не передающее данных, посылает серию двоичных единиц (отсутствие сигнала в линии).

- NТ дает эхо сигнал как Е-бит со значением "единица".

- ТЕ, желающие передать информацию, отслеживают Е-биты. Если ТЕ воспринимает достаточное число Е-битов со значением "единица", то предполагает, что линия свободна и передает данные.

- Если ТЕ обнаруживает, что значения Е-битов отличаются от переданных им битов, оно считает, что передачу осуществляет другое устройство и не обращается к D-каналу.

В отличие от ВRI, стандарт РRI поддерживает только соединение"точка-точка".РRI определяется обычно в опорной точке Т. Кадры РRI состоят из одного F-бита плюс 1 байт информации из каждого информационного каналаРRI. Это кадры размером 193 бита (для РRI в США и Японии). Скорость - 8000 кадров в секунду. Биты оформления кадров организованы в группы кадров (multiframe). Оформляющие служебные биты используются для синхронизации, контроля кадров и служебных функций.

В ISDN на канальном уровне (уровне связи данных) для установления, поддержания и завершения соединений служит протокол LAPD. Для всех подобных операций используется D-канал. Протокол LAPD(Link Ассезз ргоtосо1 D) разработан на основе протокола HDLC. Назначение протокола LAPD состоит в подготовке и передаче информации между компонентами ISDN канального уровня.

8 бит	8 бит	8-16 бит	До 2080 бит	16 бит	8 бит
Флаг	Адрес	Поле управления	Данные	CRC	Флаг

Рис. 31. Формат кадра LAPD.

Для создания логических соединений между пользователями (ТЕ) и сетью через опорную точку S или Т в LAPD применяется D-канал. Адрес в LAPD называется идентификатором соединения уровня связи данных (DLCI - Data Link Соnnection Identifier). Адрес двухкомпонентный. Состоит из идентификатора конечной точки (ТЕI –terminal endpoint identifier), определяющего устройство и идентификатора точки доступа к службе (SАРI - service ассеcc роint identifier), определяющего процесс, который выполняется устройством на 3-м уровне. Вместе взятые ТЕI и SАР1 составляют DLCI. ТЕI присваивается динамически при включении устройства ТЕ или вручную.

Контрольные вопросы:

1. На каком уровне производится мультиплексирование соединений ВRI и РRI?

2. B и D-каналы симплексные или дуплексные?

3. Какие опорные точки существуют в ISDN?

4. Из каких компонент состоит адрес в кадре LAPD?

5. Какие функции выполняет уровень 1 в ISDN?

6. Какие типы оборудования используются в ISDN?

7. Какую функцию в ISDN выполняют биты L и E?

8. Поддерживает ли стандарт РRI многоточечное соединение?

Лекция 11

Дата добавления: 2014-01-06