Автор работы: Пользователь скрыл имя, 26 Июля 2014 в 10:09, реферат
Сегодня, в век информатизации и компьютеризации информация является таким же ресурсом, как трудовые, материальные и энергетические, а значит, процесс ее переработки можно воспринимать как технологию.
Информационные технологии – это процессы, использующие совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (нового информационного продукта).
Информационная система (база) – это организационно-упорядоченная взаимосвязанная совокупность средств и методов информационных технологий, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели
Для поддержки различных служб в технологии АТМ определен набор протоколов уровня AAL. Уровень адаптации состоит из двух подуровней: подуровень конвергенции (Convergence Sublayer – CS) и подуровень сегментации и сборки (Segmentation And Reassembly sublayer – SAR). В настоящее время определены 4 типа протоколов AAL: AAL1, AAL2, AAL3/4, AAL5. Из этих четырех типов на практике по различным причинам используются только 2 типа: AAL1 и AAL5. AAL1 используется для поддержки служб реального времени, а AAL5 – для передачи данных. На рис. 1.26 показано использование протокола AAL5 для передачи IP-пакетов.
Для обеспечения QoS в технологии АТМ используются различные механизмы, из которых в первую очередь можно отметить алгоритм GCRA (Generic Cell Rate Algorithm), являющийся модификацией, рассмотренного ранее алгоритма “Leaky Bucket”.
Технология АТМ может применяться и как технология, используемая из конца в конец, так и как технология для объединения удаленных площадок предприятия. При использовании АТМ из конца в конец необходимо обеспечить поддержку АТМ всеми устройствами в локальной сети предприятия (рис. 1.27). Однако в настоящее время сложилась такая ситуация, что в большинстве предприятий используются локальные сети (Local Area Network – LAN), построенные, как правило, на основе достаточно дешевой технологии Ethernet. Очевидно, что переход на технологию АТМ был бы связан с большими затратами. При этом надо иметь в виду, что технология Ethernet не стоит на месте и постоянно развивается. Для обеспечения совместимости с локальными сетями была разработана технология эмуляции локальной сети – LAN Emulation (LANE). Данная технология призвана использовать преимущества АТМ применительно к пользователям локальных сетей. Она фактически как бы превращает различные локальные сети в одну с сохранением функциональности локальной сети (рис. 1.28):
Заключая рассмотрение технологии АТМ отметим, что в настоящее время данная технология в наибольшей степени отвечает задаче построения мультисервисной сети. Однако сейчас акцент все больше смещается в пользу технологии TCP/IP. Основными аргументами в пользу TCP/IP являются, с одной стороны, сложность и дороговизна оборудования АТМ, а с другой стороны, доступность и повсеместная распространенность технологии TCP/IP, которая постепенно наращивает свои возможности, представляя таким образом эволюционный подход к построению мультисервисной сети. Немаловажным фактором также является стремительный рост канальных ресурсов, что в значительной мере нивелирует преимущество коротких пакетов (ячеек АТМ).
1.7.4. Технология TCP/IP
Технология TCP/IP является, с одной стороны, одной из первых технологий передачи данных, берущей начало с сети ARPANET (конец 60-х годов прошлого века), а, с другой стороны, сегодня это наиболее популярная и постоянно развивающаяся технология, рассматриваемая многими как основа будущей мультисервисной сети. В современных условиях, когда постоянно появляющиеся новые решения обычно быстро вытесняют, даже не слишком старые технологии, такой интерес к технологии TCP/IP может показаться удивительным. Среди многих причин (как объективных, так и субъективных) успеха данной технологии хотелось отметить две. Во-первых, эта технология наиболее тесно привязана к компьютерным сетевым технологиям и, прежде всего, к технологии Ethernet. Во-вторых, и это особенно важно, TCP/IP никогда не предлагал завышенного сервиса. Эта технология всегда предлагала только те услуги, которые были легко и, соответственно, дешево реализуемы в соответствующее время. Другими словами возможности технологии росли вместе с технологическими возможностями (элементная база, скорость передачи) и, поэтому, стоимость услуг всегда была низкой. В то же время другие технологии, например, ISDN или АТМ изначально предлагали услуги, реализация которых была на пределе технологических возможностей своего времени, и эти услуги были и слишком дорогими и не востребованными. Так, в 80-х годах прошлого века ISDN предлагал услуги передачи данных, но в то время персональных компьютеров практически не было так, что большинству населения эта услуга не требовалась.
На рис. 1.29 представлен стек протоколов TCP/IP и его соответствие модели OSI. Отличительной особенностью технологии TCP/IP является, то, что IP-пакеты могут передаваться, с использованием различных сетевых технологий, в том числе посредством уже рассмотренных, которые, вообще говоря, являются самостоятельными, со своей адресацией и своими способами идентификации трафика. Такая особенность является с одной стороны достоинством, а, с другой – недостатком технологии, т.к. порождает проблемы установления соответствия между IP-адресацией и адресацией, используемой технологией, используемой для переноса IP-пакетов.
На рис. 1.30 показан пример взаимодействия двух устройств, одно из которых подключено к локальной сети Ethernet, а другое к сети АТМ. Устройство А имеет два адреса. Во-первых, как устройство в сети Ethernet, оно имеет МАС-адрес. Во-вторых, как устройство в сети TCP/IP оно имеет IP-адрес. Приложения используют IP-адреса, а передача кадров по сети Ethernet осуществляется с использованием МАС-адресов. Аналогично, устройство В имеет АТМ-адрес и IP-адрес. Поэтому возникает задача отображения IP-адресов на адреса той технологии, которая используется для передачи IP-пакетов. Решение этой задачи зависит от используемой технологии. Если это широковещательная технология, например, Ethernet, то применяются широковещательные запросы (протокол ARP). В противном случае, например, при использовании технологий АТМ, соответствие между IP-адресами и адресами АТМ можно установить используя таблицы, составляемые вручную или автоматически (технологии «клиент-сервер»).
Другой особенностью технологии TCP/IP, отличающей её от уже рассмотренных (Х.25, FR, АТМ) является использование датаграммного режима передачи пакетов, т.е. режима без установления соединения. Данный режим имеет свои достоинства и недостатки. Одним из недостатков этого режима является возможность нарушения порядка следования пакетов. В целом протокол сетевого уровня IP не обеспечивает гарантий доставки. Для обеспечения надежной доставки в стеке TCP/IP используется протокол транспортного уровня TCP. Можно сказать, что этот протокол эмулирует виртуальные соединения. При этом в протоколе ТСР используются механизмы, аналогичные механизмам протоколов, входящим в семейство протоколов HDLC (последовательная нумерация, управление потоком посредством механизм окна, …). Приложения, допускающие потери пакетов, (например, передача речи) используют на транспортном уровне протокол UDP. На уровне приложений имеется много различных протоколов, количество которых непрерывно увеличивается. Следует отметить, что стек протоколов TCP/IP постоянно совершенствуется с тем, чтобы обеспечить все возрастающие потребности, вызываемые стремительным расширением сферы его применения. Для поддержки качества обслуживания – QoS введены механизмы дифференцированного (DiffServ) и интегрированного (IntServ) обслуживания. Несмотря на то, что, как отмечалось, технология TCP/IP работает в датаграммном режиме, тем не менее, она фактически (иногда в неявном виде), тоже использует виртуальные соединения. Во-первых, это соединения в технологии MPLS, во-вторых, это соединения в рамках предоставления интегрированных услуг – Intserv (протокол RSVP), в-третьих, это соединения между смежными маршрутизаторами, соответствующие классам обслуживания – CoS в концепции дифференцированных услуг – Diffserv. Фактически техника виртуальных соединений реализуется при коммутации 2-го уровня и многоуровневой коммутации. В ближайшее время ожидается переход на новую версию протокола IP – IPv6.
1.7.5. Технология Ethernet в магистральных сетях передачи данных
В 1998 году появился Gigabit Ethernet, а в 2002 году - технология 10 Gigabit Ethernet. Раньше в Ethernet использовался метод доступа CSMA/CD (полудуплексный режим – Half Duplex) и основным оборудованием в сети были концентраторы или хабы (Hub), работающие на 1-м уровне модели OSI. Метод CSMA/CD, основанный на обнаружении коллизий, имеет ограничения на максимальную длину сегмента, причем, чем выше скорость передачи, тем меньше допустимая длина сегмента. Если на скорости 10 Мбит/c максимальная длина сегмента составляет 2500 м, то на скорости 1000 Мбит/c – только 25 м. Кроме того, сеть, построенная на концентраторах, плохо масштабируется. Сегодня можно говорить об отказе от CSMA/CD и переходе на коммутируемый Ethernet (полнодуплексный режим – Full Duplex) с использованием коммутаторов (Switch), работающих на 2-м уровне OSI. Использование коммутаторов позволило снять ограничения на длину сегмента, связанные с методом CSMA/CD. Дополнительным аргументом в пользу перехода на коммутируемый Ethernet может служить также то, что в настоящее время в технологию Ethernet введены механизмы приоритезации трафика (IEEE 802.1p), что очень важно для построения мультисервисных сетей. Введение возможности по созданию виртуальных локальных сетей – VLAN (IEEE 802.1Q) значительно увеличило возможности по структуризации локальных сетей. Тем не менее, в технологии еще остаются ограничения, связанные, например, с топологией сети (протокол STP – IEEE 802.1D).
С появлением 10 Gigabit Ethernet появилась возможность использования привычной для всех технологии не только в локальных сетях, но и в региональных сетях (Metropolitan Area Network – MAN) и даже в глобальных сетях (Wide Area Network – WAN). Особенностью данной технологии являются:
Сегодня даже появился термин Metro Ethernet, означающий использование технологии Ethernet в сетях MAN. На рис. 1.31 и 1.32 показаны различные варианты использования 10 Gigabit Ethernet для построения корпоративной сети. Преимущества использования концепции Metro Ethernet для построения корпоративной сети очевидны и заключаются, прежде всего, в использовании единой технологии во всей корпоративной сети без необходимости преобразования протоколов.
С локальными сетями связано и появление в сетях MAN технологии динамических (эластичных) пакетных колец – RPR (IEEE 802.17), которая становится все более популярной (рис. 1.33). В основу данной технологии положена известная локальная сеть с методом доступа “Вставка регистра”.
Как уже говорилось, сегодня при построении мультисервисных сетей сделан выбор в пользу технологии TCP/IP. И здесь решающим фактором, позволяющим данной технологии (и вообще технологиям КП) претендовать на обеспечение мультисервисности, конечно же, является переход от скоростей передачи, измеряемых в кбит/c к скоростям, измеряемым в Мбит/c, Гбит/c и Тбит/c. То, что в технологии АТМ (уменьшение времени передачи пакета) достигалось путем максимального возможного уменьшения размера пакета (короткие ячейки), сегодня достигается за счет резкого увеличения скорости передачи. Это позволяет, используя механизмы приоритезации, обеспечить возможность передачи трафика реального времени (РВ) средствами КП, с приемлемыми задержкой и её вариацией.
Тем не менее, сети с КП хорошо передают трафик РВ только тогда, когда его доля в общем объеме трафика невелика. В самом деле, если загрузка сети близка к 0, то задержка, связанная с передачей через сеть, минимальна и практически равна некоторой постоянной величине, которая, в основном, определяется суммой задержек передачи, распространения и коммутации, независимо от наличия или отсутствия в сети приоритезации. При увеличении загрузки задержка увеличивается и может изменяться во времени (очереди). Изменение загрузки сети в течение сеанса связи приводит к дополнительному увеличению вариации задержки. Введение приоритезации, например, для трафика РВ приводит к перераспределению задержек между двумя (или большим числом) видами трафика, но не устраняет причин вариации задержки. При этом, если доля трафика реального времени увеличивается, то эффективность приоритезации снижается, что, в конце концов, приводит к ситуации наличия в сети только одного вида трафика, только теперь это трафик реального времени. Выделение канальных ресурсов для трафика РВ по существу приводит к тому, что этот трафик передается теми же средствами КП в выделенной для него доле канальных ресурсов и, соответственно, как уже сказано, может удовлетворительно передаваться только, если его доля, теперь уже в выделенной части канальных ресурсов, не велика.
Сказанное выше подтверждается и практическими рекомендациями. Так, по рекомендации компании Cisco доля трафика РВ не должна превышать 33% от доступной пропускной способности. Таким образом, сети с КП не инвариантны к структуре трафика (ограничение на долю трафика РВ), что, очевидно, является недостатком. Отмеченные ограничения являются следствием отсутствия в сетях с КП учета параметров времени. С одной стороны, асинхронность, характерная для сетей передачи данных, обеспечивает хорошее использование сетевых ресурсов. С другой стороны, в таких сетях каждое устройство действует в значительной мере независимо от других. Поступившие в сетевое устройство пакеты надо как можно скорее отправить дальше. Такое правило, хорошо работающее в двухточечной сети, в сети со сложной топологией, содержащей много узлов, постоянно создает условия для возникновения локальных перегрузок, которые затем пытаются разрешить, используя сложные механизмы управления трафиком. Данная особенность, присущая сетям с КП и приводящая к образованию очередей большого размера, допустима при передаче трафика данных, но оказывает крайне негативное воздействие на передачу трафика РВ.
Можно отметить, что сегодня в рамках технологий КП отсутствуют механизмы обеспечения QoS, сравнимые по эффективности с механизмами, используемыми в КК, так что вопросы обеспечения QoS в значительной мере возлагаются на оконечное оборудование.
Каждый из существующих методов коммутации хорошо подходит для трафика определенного типа. Очевидно, что с точки зрения накладных расходов, для передачи трафика с низким коэффициентом пульсаций лучше использовать метод КК, для передачи трафика с высоким коэффициентом пульсаций – КП. В современных сетевых технологиях, базирующихся на одном методе коммутации, в полной мере учесть этот параметр практически невозможно.
Если бы в реальных условиях доминировал трафик одного типа, то можно было бы строить мультисервисную сеть, оптимизируя её для передачи трафика соответствующего типа. Однако соотношение объемов трафика разного типа с течением времени может изменяться и тогда, оптимальную сегодня сеть необходимо будет коренным образом модифицировать. Решая задачу построения мультисервисной сети на базе одной технологии, мы на самом деле создаем моносервисную сеть с эмуляцией мультисервисности. В такой сети имеется один базовый сервис, соответствующий используемой технологии, так что трафик всех приложений пропускается через один и тот же стек протоколов независимо от того подходит этот стек для конкретного приложения или нет. Отсюда и происходят дополнительные издержки, связанные со стремлением обеспечить требуемый сервис фактически используя “негодные” средства. В этом и состоит задача эмуляции мультисервисности, неизбежно сопровождаемая значительными издержками.