Высокоскоростные сети

Логическая характеристика LMI

Интерфейс LMI соответствует логической и процедурной характеристикам

базового стандарта FR. Различие состоит в расширении заголовка кадра FR с

целью размещения дополнительных полей стандарта LMI, поэтому в дальнейшем

расширенный кадр FR мы будем называть кадром LMI. Его базовый формат

представлен на рис. 4 и включает в себя (кроме флагов и проверочной

последовательности) следующие элементы.

| |8|7|6|5|4|3|2|1|Назначение |

|1|0|1|1|1|1|1|1|0|Флаг |

|2|0|0|0|0|0|0|0|0|Заголовок: DCLCI=0, CR=0 |

|3|0|0|0|0|0|0|0|1|DE=0, FECN=0, DECN=0 |

|4|0|0|0|0|0|0|1|1|Индикатор ненумерованного кадра |

|5|0|0|0|0|1|0|0|0|Определитель протокола |

|6|0|0|0|0|0|0|0|0|Вызываемый номер (только для |

| | | | | | | | | |SVC) |

|7| | | | | | | | |Тип сообщения |

|8| | | | | | | | |Первый информационный элемент |

|9| | | | | | | | | |

|1| | | | | | | | | |

|0| | | | | | | | | |

|1| | | | | | | | | |

|1| | | | | | | | | |

|1| | | | | | | | | |

|2| | | | | | | | | |

|1| | | | | | | | | |

|3| | | | | | | | | |

| |.| | | | | | | |... |

| |.| | | | | | | | |

| |.| | | | | | | | |

| | | | | | | | | |N-й информационный элемент |

| | | | | | | | | |Проверочная последовательность |

| |0|1|1|1|1|1|1|0|Флаг |

Рисунок 4. Базовый формат кадра LMI.

Заголовок. Им служит стандартный заголовок FR, в котором адрес DLCI

всегда имеет значение "0", показывающее, что это - кадр LMI.

Индикатор ненумерованного кадра. Данное поле всегда кодируют как

"00000011", чтобы обеспечить процедурную и логическую совместимость с ISDN.

Определитель протокола. Этот октет всегда устанавливается в "00001000",

чем обеспечивается процедурная и логическая совместимость с ISDN.

Вызываемый номер. Октет зарезервирован для организации SVC. При создании

PVC он кодируется "00000000".

Тип сообщения. Данный октет предназначен для идентификации типа

управляющего сообщения, передаваемого через интерфейс LMI. В настоящее

время стандартизированы три типа управляющих сообщений - "Запрос

установления соединения", "Запрос разъединения" и "Смешанное сообщение".

Первые два типа относятся к SVC, а последний - к PVC. В этом октете восьмой

бит всегда устанавливается в "0", а биты 7...5 - "111", что указывает на

смешанное сообщение. Как кодируются остальные биты, показано на рис. 5.

|Тип сообщения |8|7|6|5|4|3|2|1|

|Смешанные |0|1|1|1|-|-|-|-|

|сообщения | | | | | | | | |

|Состояние |0|1|1|1|1|1|0|1|

|Запрос |0|1|1|1|0|1|0|1|

|состояния | | | | | | | | |

Рисунок 5. Кодирование поля "Тип сообщения" кадра LMI для смешанных

сообщений.

Информационные элементы. На них отводятся один или несколько октетов в

пределах кадра LMI, т. е. информационные элементы имеют переменную длину.

Процедурная характеристика LMI

LMI предусматривает три стратегии локального управления:

синхронное симплексное управление (ССУ);

синхронное дуплексное управление (СДУ);

асинхронное управление (АУ).

Синхронное симплексное управление. Для осуществления ССУ используются два

типа сообщений: "Запрос состояния" (STATUS ENQUIRY) и "Состояние" (STATUS).

С помощью этих сообщений LMI проверяет целостность соединения, уведомляет о

включении или выключении, а также о готовности PVC.

Синхронное дуплексное управление. При использовании ССУ ответственность

за генерацию сообщения "Запрос состояния" лежит полностью на ООД, а за

генерацию сообщения "Состояние" - на АКД. Такая процедура приемлема для

многих приложений, однако предпочтительнее, чтобы каждая из сторон

интерфейса LMI могла обеспечивать требуемые для противоположной стороны

параметры и коэффициент готовности.

СДУ - необязательная часть стандарта FR, которая может использоваться

только при заключении соглашения между сторонами (абонент-сеть). СДУ

отличается от ССУ только одним: сообщения "Запрос состояния" и "Состояние"

имеют право передавать обе стороны интерфейса (рис. 9). При СДУ обе стороны

интерфейса FR передают сообщение "Запрос состояния" через определенный

временной интервал (T391), "требуют" ответа - сообщения "Состояние" (T392),

а также запрашивают информацию о полном состоянии (N391).

Асинхронное управление. Главным недостатком ССУ и СДУ является

потенциальная задержка информирования ООД (или АКД) об изменениях сетевых

PVC. Например, при задержке, равной 60 с, и CIR 64 кбит/с пользователь

направит в сеть приблизительно 3,5 Mбит данных, прежде чем получит

информацию о состоянии PVC.

Стратегия АУ позволяет при изменении состояния PVC сети FR сразу

передавать стандартные сообщения "Запрос состояния" и "Состояние". Эти

сообщения содержат информацию только об отдельных PVC, которые изменили

свое состояние. Проверка целостности соединения также основана на генерации

последовательности специальных пронумерованных кадров и проверке

корректности ее передачи. АУ может осуществляться совместно с ССУ и СДУ,

однако если в сети FR применяются одновременно SVC и PVC, то рекомендуется

использовать только АУ.

Некоторые дополнения

На первый взгляд, ретрансляция кадров является достаточно простым

механизмом информационного обмена, но при более глубоком анализе

оказывается чрезвычайно сложной. FR присущи практически все проблемы,

связанные с обеспечением надежности и качества передачи сигналов

(физический уровень ЭМВОС). При ее осуществлении необходимо обеспечивать

синхронизацию и защиту от ошибок, которые, несмотря на высокое качество

линий и каналов связи (это одно из основных условий применения FR), могут

возникать в случае сбоев в работе аппаратно-программных средств связи.

Современный стандарт frame relay (FR) описывает протокол и интерфейс

"пользователь-сеть" (ИПС) только для постоянных виртуальных каналов (ПВК),

поэтому в основном используется в сетях со статическими методами и

способами маршрутизации информационных потоков. Вместе с тем при создании

глобальной широкополосной FR-сети, в которой будут применяться

коммутируемые виртуальные каналы (КВК) и динамическое управление потоками

информации, возникает необходимость объединения существующих корпоративных

и локальных FR-сетей. Такая интеграция требует единого подхода к

"философии" функционирования КВК и разработке стандарта интерфейса "сеть-

сеть" (ИСС). В настоящее время разработкой и исследованием этого стандарта

активно занимаются консорциум Frame Relay Forum (FRF), Американский

национальный институт стандартизации (ANSI) и Международный союз

электросвязи (МСЭ).

ИСС - это интерфейс (шлюз), основным назначением которого является

обеспечение эффективного взаимодействия нескольких FR-сетей в рамках

глобальной FR-сети с целью высококачественного обслуживания (с высокой

вероятностью обслуживания заявки абонентов) пользователей при ведении ими

информационного обмена. Следовательно, ИСС, в первую очередь, должен

поддерживать высокоскоростную доставку данных, управление информационными

потоками при возникновении перегрузок, сигнализацию и доставку служебной

информации о состоянии канала связи. Проект стандарта FRF на ИСС аналогичен

стандарту на ИПС, но, в отличие от последнего, рассматривает интерфейс

локального управления (LMI) только с асинхронным дуплексным управлением

(АДУ).

Коммутируемые виртуальные каналы

Общепризнанно, что FR становится более эффективным методом доставки

сообщений при условии использования КВК (которые создаются только на период

информационного обмена и "закрываются" сразу после него). Однако реализация

КВК, кажущаяся на первый взгляд простой, представляет собой наиболее

сложную проблему при стандартизации протоколов и интерфейсов FR. Это

связано, в первую очередь, с различными взглядами производителей и

международных организаций на применение КВК в сетях FR. Более того,

существует точка зрения, в соответствии с которой вообще ставится под

сомнение необходимость КВК. Поэтому FRF не принял стандартов на применение

КВК.

Для цифровых сетей с интеграцией услуг был принят только один стандарт

(рекомендация МСЭ Q.933), который описывает системы сигнализации для служб

ретрансляции кадров. FRF согласился лишь с тем, что указанная рекомендация

будет служить основой для будущего стандарта на использование КВК. Однако

она посвящена лишь логической и процедурной характеристикам протокола FR

для КВК в любых FR-сетях (не обязательно в цифровых сетях с интеграцией

услуг).

Поля, используемые в кадре КВК, идентичны полям кадра LMI-процедур - за

исключением полей "Вызываемый номер", "Тип сообщения" и "Информационные

элементы".

Ретрансляция кадров и речевой трафик

Метод ретрансляции кадров разрабатывался как синхронный метод доставки

данных в ISDN (и не только в ISDN). Соответственно, все реализующие этот

метод механизмы и качество обслуживания (QoS) определялись для всех видов

трафика, кроме речевого. Традиционные сети с пакетной коммутацией,

использующие различные способы коммутации пакетов, обычно применяют

низкоскоростные каналы связи и не имеют возможности доставки сообщений,

чувствительных к задержке. Другими словами, для этих сетей характерна

большая часто меняющаяся задержка доставки сообщений.

Известно, что такая задержка обуславливается, с одной стороны, скоростью

коммутации в узле связи (УС), а с другой, пропускной способностью

магистральной линии связи. Значительное снижение задержки может быть

достигнуто за счет применения метода ретрансляции кадров и магистральных

линий связи с высокой пропускной способностью. Таким образом, FR-сеть

способна "транспортировать" чувствительный к задержкам трафик. Но одно дело

- передача трафика данного типа по сети с динамической маршрутизацией, а

другое - обеспечение приемлемого качества обслуживания пользователей.

Среди проблем, связанных с передачей речевого трафика, - необходимость

обеспечения постоянной скорости такой передачи. Вся информация, которая

содержится в оцифрованном по методу импульсно-кодовой модуляции (ИКМ)

речевом сигнале, передаваемом со скоростью 64 кбит/с, важна для

восстановления исходного речевого сообщения на приемной стороне. Однако

разработаны методы, которые дают возможность снизить требования к полосе

пропускания оцифрованного речевого сигнала:

компрессия (сжатие). Благодаря ей можно снизить скорость с 64 до 8 кбит/с

и менее. Во многих известных мультиплексорах реализованы алгоритмы,

позволяющие уменьшить скорость передачи. Нижний предел сжатия речевого

сигнала еще не достигнут, исследования в данной области продолжаются.

Конечно, при увеличении степени компрессии это начинает сказываться на

качестве восстанавливаемого речевого сообщения. Однако человеческое ухо

способно уловить и распознать речь, которая была подвергнута очень сильному

сжатию;

детектирование шума (подавление речевых пауз). Исследования показывают,

что типичная человеческая речь на 60-70% состоит из пауз. Их необходимо

детектировать, чтобы исключить передачу шума через сеть и тем самым

обеспечить высокую эффективность ее функционирования.

Эти и другие методы могут с успехом использоваться при пакетировании

оцифрованных речевых сообщений. В настоящее время проводятся активные

работы по их стандартизации и внедрению в различные службы передачи

речевого трафика в пакетной форме. Большинство проблем стандартизации

связано с "природой" самих сетей с пакетной коммутацией. В первую очередь,

это относится к нумерации пакетов, которая необходима для обеспечения

гарантированной доставки пакетов в их естественной последовательности. Дело

в том, что пакеты могут иметь различные внутрисетевые задержки,

обусловленные всевозможными экстремальными ситуациями в сети - отказами

линий и узлов связи, перегрузками, блокировками и т. п.

ITU-T принял Рекомендацию G.764, которая определяет механизм

сегментирования оцифрованного речевого сигнала и формирования

соответствующих пакетов. Однако этот стандарт не решает многих проблем, к

которым относятся:

детектирование шума с целью снижения объема входного трафика. Необходимо

детализировать процедуры анализа входного речевого трафика, подавления

речевых пауз и передачи синхронизирующих последовательностей для

определения начала и окончания речевых и "неречевых" последовательностей;

нумерация серий пакетов для обеспечения доставки последних в их

естественной последовательности. В случае потери пакета возможно одно из

двух решений: а) повторная передача пакета от источника (что резко повышает

общесетевую задержку); б) передача адресату "паузы" в том месте

последовательности, где должен был находиться утерянный пакет;

задержка при обеспечении синхронизации, цель которой - исключение

нарушений в обслуживании пользователей. Процедура состоит из синхронизации

всех пакетов, при передаче которых каждый УС вносит свою индивидуальную

транзитную задержку. На приемной стороне входящие пакеты накапливаются в

приемном буфере и поступают в ООД с постоянной задержкой.

С Рекомендацией G.764 тесно связана Рекомендация G.727, которая

определяет процедуры обработки речевого сигнала в соответствии с алгоритмом

адаптивной дифференциальной ИКМ (АДИКМ) и вводит понятия "информационных" и

"дополнительных служебных" бит. Рекомендация G.727 устанавливает механизм

разделения "речевого" пакета на составные части, в одной из которых

размещаются информационные биты, а в другой - дополнительные служебные

биты. Целью такого разделения является обеспечение возможности уничтожения

(при необходимости) дополнительных служебных бит при доставке "речевых"

пакетов, что приводит к уменьшению длины последних. А это, в свою очередь,

способствует снижению сетевой нагрузки.

Базовая FR-сеть должна обеспечивать следующее:

требуемое качество обслуживания, что подразумевает малую вероятность

ошибки и предоставление пользователю минимально необходимой пропускной

способности. Сеть должна поддерживать доставку ООД абонентов всех пакетов,

содержащих информационные биты (АДИКМ), при любых условиях

функционирования;

возможность обслуживания пользователей, имеющих различные приоритеты.

Чувствительный к задержке трафик должен иметь наивысший приоритет; при его

передаче аппаратура канала данных (АКД) должна приостанавливать передачу

другого трафика (сообщений, находящихся в выходной очереди). Это важное

свойство сети пока не отражено в международных стандартах и его реализация

полностью зависит от производителей аппаратно-программных средств для FR-

сетей;

специальные процедуры, с помощью которых уничтожаются дополнительные

служебные биты и, одновременно, защищаются информационные биты. Их

использование позволит избежать негативных последствий, связанных с сетевой

перегрузкой, которая снижает качество речевого сообщения;

применение методов подавления речевых пауз и/или компрессии речевого

сигнала (в точках доступа), благодаря которым можно будет минимизировать

объем трафика, передаваемого по сети;

уменьшение максимального размера кадров (наиболее вероятно - до 128

октетов) неречевого трафика. Это позволит избежать появления задержек,

связанных с нахождением в очереди на передачу очень длинных кадров. Однако

это требование противоречит основной цели применения сетей с ретрансляцией

кадров, в соответствии с которой последние выступают в качестве

транспортной среды между отдельными ЛС, использующими, как правило, кадры

больших размеров;

достаточно большую скорость передачи в магистральных линиях связи с целью

уменьшения задержки, связанной с распространением сигналов. Скорость должна

составлять 2,048 Мбит/c и выше.

Если эти условия выполнены (т. е. речевым кадрам действительно

присваивается наивысший приоритет, сеть обеспечивает низкую вероятность

ошибки на бит, а также реализует методы передачи только информационных бит

и удаления дополнительных бит), то существует возможность передачи речевого

трафика через FR-сеть.

FRF принял только один стандарт для FR-сетей, специализирующихся на

передаче речевого трафика. В нем была предпринята попытка "перенесения"

Рекомендации ITU-T G.764, определяющей стандарты для пакетирования речевого

трафика, в стандарты FR. На рис. 8 представлен механизм преобразования

пакета G.764 в кадр FR. Пакет G.764 имеет две части, в первой из которых

размещены информационные биты, а во второй - служебные. Следовательно, этот

пакет может быть "вложен" в два кадра FR, один из которых включает в себя

заголовок кадра и информационные биты, а другой - заголовок кадра и

служебные биты.

АКД всегда будет устанавливать такое значение CIR, при котором кадры с

информационными битами будут гарантированно доставляться через сеть. В

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8