Смысл создания виртуального канала состоит в том, что маршрутизация пакетов между коммутаторами сети на основании таблиц маршрутизации происходит только один раз – при создании коммутируемого виртуального канала. После чего передача пакетов коммутаторами происходит на основании так называемых номеров (идентификаторов) виртуальных каналов. Также каждый коммутатор при создании канала автоматически настраивает таблицы коммутации портов, которые описывают, на какой порт нужно передать пришедший пакет, если он имеет определенный идентификатор канала.
В результате пакеты данных несут уже не длинные адреса конечных узлов, а номер виртуального канала, на основании которого и производится маршрутизация всех пакетов, кроме пакета запроса на установление соединения. Данный запрос используется при установлении соединения между конечными узлами и содержит многоразрядный адрес узла назначения. В сети прокладывается виртуальный канал, который не изменяется в течение всего времени существования соединения. Его номер меняется от коммутатора к коммутатору, но для конечных узлов он остается постоянным. Однако при отказе какого-либо канала соединение приходится устанавливать заново.
Через один порт можно установить достаточно большое количество виртуальных соединений, а программное обеспечение протокола глобальной сети выберет свободный в данный момент для данного порта номер.
Поскольку таблица коммутации хранит данные только о действующих на данный момент соединениях, она имеет меньший размер по сравнению с таблицей маршрутизации. Кроме того, номер виртуального канала занимает значительно меньше места, чем адреса конечных узлов в сети, что сокращает служебную информацию в пакетах. В результате возрастает полезная скорость передачи данных.
При использовании виртуальных каналов через сеть очень эффективно передаются долговременные потоки, а для кратковременных этот режим не очень подходит, т.к. на установление соединения обычно уходит много времени.
Протоколы канального уровня для выделенных линий
Выделенные каналы используются для прямой связи между собой локальных сетей или отдельных компьютеров. Для маршрутизатора или моста выделенная линия представляет собой чаще всего либо канал с известной полосой пропускания (выделенные аналоговые линии), либо канал с известным протоколом физического уровня (выделенные цифровые каналы). Т.к. аналоговый канал требует модема для передачи данных, протокол физического уровня определен для этой линии – это протокол модема, поэтому для передачи данных с помощью выделенного канала необходимо решить, какие протоколы уровней выше физического необходимы для передачи сообщений с нужной степенью надежности и с возможностью управления потоком кадров для предотвращения переполнения соседних узлов.
Если выделенный канал соединяет сети через маршрутизаторы, то протокол сетевого уровня определен, а протокол канального уровня маршрутизатор может использовать любой, в том числе и протокол канального уровня локальной сети (например, Ethernet).
Технология TCP/IP позволяет организовать межсетевое взаимодействие, используя различные физические и канальные протоколы обмена данными (IEEE 802.3 - Ethernet, IEEE 802.5 - token ring, X.25 и т.п.). Большинство пользователей Сети используют свой домашний телефон в качестве окна в мир компьютерных сетей, подключая компьютер через модем к модемному пулу компании, предоставляющей IP-услуги или к своему рабочему компьютеру. Наиболее простым способом, обеспечивающим полный IP-сервис, является подключение через последовательный порт персонального компьютера по протоколу SLIP.
SLIP протокол применяют как на выделенных, так и на коммутируемых линиях связи со скоростями от 1200 до 19200 бит в секунду.
Следует отметить, что среди условно-свободно распространяемых программных IP-стеков (FreeWare), Trumpet Winsock обязательно включена поддержка SLIP-коммуникаций. Такие операционные системы, как FreeBSD, Linux, NetBSD, которые можно свободно скопировать и установить на своем персональном компьютере, или HP-UX, которая поставляется вместе с рабочими станциями Hewlett Packard, имеют в своем арсенале программные средства типа sliplogin (FreeBSD) или slp (HP-UX), обеспечивающими работу компьютера в качестве SLIP-сервера для удаленных пользователей, подключающихся к IP-сети по телефону.
SLIP-пакет начинается символом ESC (восьмеричное 333 или десятичное 219) и кончается символом END (восьмеричное 300 или десятичное 192). Если внутри пакета встречаются эти символы, то они заменяются двухбайтовыми последовательностями ESC-END (333 334) и ESC-ESC (333 335). Стандарт не определяет размер SLIP-пакета, поэтому любой SLIP-интерфейс имеет специальное поле, в котором пользователь должен указать эту длину. SLIP-модуль не анализирует поток данных и не выделяет какую-либо информацию в этом потоке. Он просто "нарезает" ее на "кусочки", каждый из которых начинается символом ESC, а кончается символом END. Т.о. SLIP не позволяет выполнять какие-либо действия, связанные с адресами, т.к. в структуре пакета не предусмотрено поле адреса и его специальная обработка. Компьютеры, взаимодействующие по SLIP, обязаны знать свои IP-адреса заранее. SLIP не позволяет различать пакеты по типу протокола, например, IP или DECnet. В SLIP нет информации, позволяющей корректировать ошибки линии связи. Коррекция ошибок возлагается на протоколы транспортного уровня - TCP, UDP. В стандартном SLIP не предусмотрена компрессия данных, но существуют варианты протокола с такой компрессией.
Протокол SLIP (Serial Line IP) был первым стандартом, позволяющим устройствам, соединенным последовательной линией связи, работать по протоколам TCP/IP. Правда, ввиду его функциональной простоты, SLIP используется в основном на коммутируемых линиях связи, которые не характерны для скоростных сетевых соединений. Тем не менее коммутируемый канал отличается от некоммутируемого только более низким качеством и необходимостью выполнять процедуру вызова абонента, поэтому SLIP вполне применим и на выделенных каналах.
Протокол SLIP выполняет единственную функцию – он позволяет в потоке бит, которые поступают по выделенному (или коммутируемому) каналу, распознать начало и конец IP-пакета. Помимо протокола IP, другие протоколы сетевого уровня SLIP не поддерживает.
Чтобы распознать границы пакета, протокол SLIP предусматривает использование специального символа END, который передается после последнего байта пакета. Реальный размер SLIP не должен превышать 1006 байт, что связано с первой реализацией данного протокола.
Для установления связи по протоколу SLIP компьютеры должны иметь информацию об IP-адресах друг друга. Однако в данном протоколе нет механизмов для обмена адресной информацией, что не позволяет использовать SLIP для некоторых видов сетевых служб.
Низкая пропускная способность последовательных линий связи вынуждает сокращать время передачи пакетов, уменьшая объем содержащейся в них служебной информации. Эта задача решается с помощью протокола CSLIP (эту спецификацию поддерживает большинство реализаций протокола SLIP), поддерживающего сжатие заголовков пакетов.
Долгое время основным протоколом выделенных линий был протокол HDLC, представляющий собой семейство протоколов, в которое входят протоколы: LAP-B, образующий канальный уровень сетей Х.25, LAP-D – канальный уровень сетей ISDN, LAP-M – канальный уровень асинхронно-синхронных модемов, LAP-F – канальный уровень сетей Frame Relay.
Основные принципы работы протокола HDLC: режим логического соединения, контроль искаженных и потерянных кадров с помощью метода скользящего окна, управление потоком кадров с помощью команд RNR и RR.
Однако сегодня протокол HDLC на выделенных каналах вытеснил протокол PPP. Это связано с тем, что одна из основных функций протокола - восстановление искаженных и утерянных кадров, важных для аналоговых каналов, а сегодня популярны цифровые каналы, которые и без внешних процедур восстановления кадров обладают высоким качеством.
Протокол PPP (Point-to-Point Protocol) разработан как часть стека TCP/IP для передачи кадров информации по последовательным глобальным каналам связи взамен устаревшего протокола SLIP. Протокол PPP стал фактическим стандартом для глобальных линий связи при соединении удаленных клиентов с серверами и для образования соединений между маршрутизаторами в корпоративной сети.
Основное отличие PPP от других протоколов канального уровня состоит в том, что он добивается согласованной работы различных устройств с помощью переговорной процедуры, во время которой передаются различные параметры – качество линии, инкапсулируемые протоколы сетевого уровня и др. Переговорная процедура происходит во время установления соединения.
Принципы работы протокола PPP.
Переговорное принятие параметров соединения. В корпоративной сети конечные системы часто отличаются размерами буферов для временного хранения пакетов, ограничениями на размер пакета, списком поддерживаемых протоколов сетевого уровня. Чтобы справиться со всеми возможными ситуациями, в протоколе PPP имеется ряд стандартных установок, действующих по умолчанию. При установлении соединения два взаимодействующих устройства пытаются сначала использовать эти установки. Каждый конечный узел описывает свои возможности и требования. Затем на основании этой информации принимаются параметры соединения, устраивающие обе стороны. Если соглашение о каком-либо параметре не будет принято, то по истечении определенного времени переговорная процедура закончится.