1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Коммутация пакетов с использованием виртуальных каналов - это технологии передачи данных сетевого уровня, объединяющие свойства коммутации каналов и коммутации пакетов. При этом в значительной мере удается реализовать достоинства обоих методов коммутации. В настоящее время достаточно широко применяются технологии сетей X.25, Frame Relay, ATM.

Данные передаются на сетевом уровне в виде пакетов, имеющих стандартную структуру и размеры. Пакеты данных от одного конечного узла DTE к другому конечному узлу DTE можно передавать в сети только после установления соединения - специальной сетевой процедуры создания виртуального канала. Виртуальное соединение в отличие от физического соединения не закрепляет жестко ресурсы канала передачи данных, виртуальное соединение необходимо только для указания выбранного в соединении постоянного маршрута для доставки пакетов. Пакеты разных виртуальных каналов могут конкурировать за доступ к каналу передачи данных, так как один канал может обслуживать несколько виртуальных соединений.

Так же как и в физических соединениях возможны два типа каналов: коммутируемые виртуальные каналы (SVC) и постоянные виртуальные каналы (PVC). Виртуальные каналы существуют в виде записей в таблицах коммутации портов коммуникационных узлов сети. В соответствии с этими таблицами коммутации каждый поступающий пакет направляется по соответствующему зарегистрированному виртуальному каналу.

PVC создаются вручную и закрепляются постоянно аналогично выделенным телефонным линиям. Стоимость PVC намного ниже, чем выделенных линий, так как пропускная способность каналов передачи данных делится между многими пользователями. В большинстве случаев нет необходимости поддерживать PVC (и платить за него), виртуальное соединение SVC создают только на периоды передачи данных. Создание SVC, т.е. выбор маршрута для доставки пакетов, производится коммуникационными узлами (маршрутизаторами) автоматически по специальной заявке, поступающей от конечного узла. После окончания передачи данных SVC отключается также с помощью специальной процедуры.

Основная задача, решаемая при создании виртуального канала, - решить задачу маршрутизации и зафиксировать этот маршрут в коммуникационных узлах сети. На сетевом уровне, при использовании технологии виртуальных каналов маршрутизация является одной из наиболее сложных задач и решается только один раз при создании виртуального канала. Это существенно упрощает процедуры доставки пакетов по зарегистрированному виртуальному соединению. Фактически алгоритмы управления и контроля работы по виртуальному каналу близки к соответствующим алгоритмам, используемым на канальном уровне в рамках протоколов HDLC.

Естественно, что создание виртуального канала между конечными узлами требует передачи их полных сетевых адресов. Адресация сетевых пакетов по уже созданному виртуальному соединению производится с помощью идентификатора виртуального канала VCI. Значение VCI определяется при создании виртуального канала, в отличие от сетевого адреса имеет не глобальный, а локальный смысл, т.е. каждый маршрутизатор присваивает определенный номер создаваемому виртуальному каналу на каждом участке сети. Причем во входном порте VCI имеет одно значение, а выходном порте - уже другое. Эти значения VCI регистрируются в специальных таблицах коммутации портов маршрутизатора и для передаваемых по виртуальному каналу пакетов автоматически изменяются при передаче с входного порта в выходной. Так как число поддерживаемых одновременно виртуальных каналов в маршрутизаторе относительно невелико, объем таблиц коммутации портов и размер VCI также небольшой.

В соответствии с этими факторами маршрутизация пакетов существенно ускоряется. Кроме того, использование простых и небольших по размеру VCI позволяет существенно сократить объем служебных полей пакета и соответственно повысить скорость передачи полезной информации. Следует отметить, что это преимущества уже созданного виртуального соединения. А создание виртуального соединения - это сложная и достаточно громоздкая процедура, обычно она выполняется по запросу конечного узла с помощью специального служебного пакет Call Request. Если в процессе передачи данных виртуальный канал отказывает по какой-либо причине, продолжение передачи данных возможно только после создания нового виртуального канала. Необходимо также учитывать, что из-за большого числа коммуникационных устройств, поддерживающих функционирование виртуального канала, вероятность отказов существенно выше, чем в процедурах канального уровня. Поэтому на сетевом уровне необходимы более жесткие процедуры контроля работы и восстановления корректной работы после сбоев.

Совершенствование техники виртуальных каналов тесно связано с развитием технологий передачи данных в телефонных сетях. Первые такие сети стандарта X.25 создавались для работы в аналоговых телефонных сетях, поэтому X.25 обеспечивают относительно низкую производительность, но весьма высокую надежность при передаче данных. Сети ISDN используют исключительно цифровые алгоритмы передачи данных с более высокой скоростью и помехоустойчивостью. Это позволило упростить процедуры контроля сообщений для повышения производительности и создать технологию Frame Relay, как одну из сетевых служб ISDN. Frame Relay обеспечивает не только передачу данных между DTE, но и может гарантировать определенное качество сервиса при доставке сообщений. Появление высокоскоростных цифровых магистральных каналов стандартов SDH/SONET привело к разработке сетей ATM, которые обеспечивают весьма высокую производительность при высоком качестве сервиса.

Сервисы ISDN обладают гораздо более высоким качеством, чем аналоговых телефонных сетей. Кроме более высокой помехоустойчивости ISDN предоставляет два типа интерфейсов для пользователей: базовый (BRI) и первичный (PRI) интерфейсы. BRI содержит 2 B канала и D канал (2х64+16) с суммарной пропускной способностью 144 кбит/с. PRI - по европейским стандартам 30 B и D канал (30х64+64) с суммарной пропускной способностью 1984 кбит/с. Телефонные аппараты подключаются через S интерфейс (B+D). Стандарты определяют три нижних уровня, на сетевом уровне определены процедуры установления соединения (коммутация каналов).