Стеки протоколов

Целесообразность применения Ethernet в сетях широкополосного доступа становится очевидной из сравнения двухуровневых моделей доступа — существующей (а) и основанной на Ethernet (б).

Между помещением пользователя и узлом доступа в качестве протокола физического уровня на абонентских линиях из витой пары применяется протокол xDSL. По сути он служит только для доступа в Internet, по-этому функциональность и гибкость протокола АТМ, в частности приоритезация трафика реального времени, практически не востребованы, а его поддержка ведет лишь к излишней сложности (а). По этой же причине аппаратная реализация технологии ATM не дает выигрыша в отношении скорости передачи трафика по сравнению с программным решением маршрутизатора IP. Поэтому более естественным и простым подходом представляется замена АТМ на протокол Ethernet поверх xDSL (б), в результате чего удается исключить лишние подуровни, связанные с использованием АТМ.

Разработка соответствующего стандарта «Ethernet на первой миле» (Ethernet in the First Mile, EFM), ратифицированного рабочей группой IEEE 802.3ah в июне 2004 г., имела целью распространение сферы применения Ethernet на сети абонентского доступа.

С учетом существующих реалий в качестве среды передачи предпочтение было отдано медным витым парам и оптическому волокну. Эти две разновидности EFM получили названия EFMC (Copper) и EFMF (Fiber).

В качестве же технологий физического уровня для меди были выбраны многопарные соединения SHDSL (так называемая технология bonding) для линий длиной до 5 км и VDSL для линий длиной до 750 м, а для волокна — технология EPON для топологии «точка-много точек» и P2P для топологии «точка-точка». (Более подробно возможности EFM представлены в Таблице 1.) Выбор в качестве протокола физического уровня стандартных модификаций xDSL был единственно возможным решением, поскольку только оно обеспечивало спектральную совместимость EFMC c существующими системами xDSL, работающими по абонентским кабелям.

Таблица 1. Три топологии в одной архитектуре.

В новой технологии широкополосного доступа естественным образом учитываются условия ее работы. Так, в случае многопарного варианта технологии Е—SHDSL потребовалось введение дополнительных функциональных подуровней для согласования скорос-тей передачи и объединения/разделения стандартных цифровых потоков.

Ethernet в его стандартном исполнении является технологией корпоративных сетей. В отличие от нее EFM, как и ТфОП, относится к технологиям сетей общего пользования, которые должны отвечать соответствующим требованиям.

Превращение EFM в технологию общедоступной сети потребовало наделения ее свойствами стандартных процедур управления и эксплуатации ОАМ в целях обеспечения мониторинга параметров соединения и диагностики повреждений. При этом принятая в локальных сетях Ethernet модель независимого случайного доступа к ресурсам сети была заменена принятой в сетях xDSL моделью доступа по принципу «ведущий—ведомый» (master—slave).

Еще одно направление экспансии Ethernet — его продвижение в городские сети (Metro Ethernet), где она конкурирует с системами TDM типа SONET/SDH. Таким образом, Ethernet, родившаяся как типичная технология локальных сетей, по мере взросления завоевывает новые рубежи благодаря своей дешевизне, массовому применению и наличию стандартов.

Теперь перейдем к рассмотрению протоколов передачи данных для глобальных сетей. Самым старым и подробно стандартизованным является Х.25. До его принятия национальные сети общего пользования с коммутацией пакетов (Packet Switched Data Networks, PSPDN) работали в соответствии со своими частными протоколами. В 1976 г. ITU-T ратифицировал первый международный стандарт пакетной передачи данных, назвав его Х.25. В дальнейшем Х.25 и связанные с сетью PSPDN технологии постепенно вытеснялись более новыми (frame relay и ATM) и ровесниками Х.25, переживавшими свое второе рождение (TCP/IP). Однако технология Х.25 любопытна не только с исторической точки зрения, а ее значимость выходит за рамки технических вопросов. Стек протоколов Х.25 представляет собой одно из самых полных решений, когда-либо стандартизованных. Фактически он дал толчок всем операторам связи к строительству сетей PSPDN и объединению их в глобальную пакетную сеть передачи данных. Многие технологии, ставшие популярными в последние годы, своими корнями уходят в интерфейс Х.25.

Кратко укажем основные особенности стека протоколов Х.25. Протокол предусматривает дуплексный канал связи между оконечным оборудованием DTE пакетной передачи данных и аппаратурой передачи данных DCE в сети PSPDN, причем аппаратные и программные возможности оборудования DTE позволяют реализовать три уровня стека протоколов Х.25. На физическом уровне стек Х.25 поддерживает протоколы Х.21 или Х.21bis. Доступные скорости передачи лежат в диапазоне от 300 бит/c до 1544 Кбит/c, причем скорость передачи данных может быть ограничена определенным протоколом физического уровня. На канальном используется сбалансированная процедура доступа (Link Access Procedure Balanced, LAPB), а на сетевом поддерживается протокол пакетного уровня Х.25 (Packet Layer Protocol, PLP), предоставляющий вышележащим уровням услугу с установлением соединения. На уровне PLP определены процедуры установления виртуальных соединений, передачи данных по этим соединениям и их разрыва.

Более поздний по сравнению с Х.25 протокол ре-трансляции кадров (Frame Relay, FR) был разработан для расширения возможности коммутации пакетов Х.25 в сети ISDN. В технологии FR учтено, что современные каналы связи имеют малый коэффициент ошибок и поэтому можно ограничиться механизмами их исправления на уровне пользователей. В результате за канальным уровнем оставлены только функции обнаружения ошибок и разграничения данных. Такая разгрузка позволила переместить функции сетевого уровня на канальный. Поле адреса используется для маршрутизации информации от множества источников вышележащего уровня. Теперь сеть коммутирует не пакеты, а кадры. Сама же технология названа ретрансляцией кадров. FR, подобно Х.25, определяет механизм предварительного установления соединения, а основной услугой FR является предоставление виртуальных каналов. При обнаружении ошибок кадр просто отбрасывается. Предусмотренный в стандарте FR набор параметров гарантирует заданное качество предоставляемой услуги, включая скорость доступа, т. е. скорость передачи данных по физическому каналу связи; согласованную скорость передачи информации СIR, c которой сеть в состоянии доставлять данные в течение определенного времени, и др.

В заключение имеет смысл упомянуть еще одну технологию передачи данных в глобальных сетях — асинхронный режим передачи (Asynchronous Transfer Mode, АТМ). Подобно Х.25 и FR, она использует механизм предварительного установления соединения, но отличается от двух других наличием фиксированного размера блока данных, который называется ячейкой. Каждая ячейка содержит 53 байта, 5 из них служат для передачи служебной информации, а оставшиеся 48 — для передачи данных.

Малый фиксированный размер ячейки позволяет реализовать АТМ аппаратно, благодаря чему задержка трафика реального времени, проходящего через сеть АТМ, весьма невелика. В результате возникла возможность объединения всех типов трафика на одной высокоскоростной коммутирующей платформе. Предус-мотренный в АТМ механизм приоритезации трафика содержит четыре класса услуг АТМ, охватывающие все типы трафика, как уже существующие, так и те, которые могли бы появиться в будущем.