Виртуальная схема

Эмуляция выделенного физического канала в сети с коммутацией пакетов

Виртуальный канал ( VC ) — это средство транспортировки данных по сети передачи данных, основанное на коммутации пакетов и при котором сначала устанавливается соединение по сети между двумя конечными точками. Сеть, вместо резервирования фиксированной скорости передачи данных для каждого соединения, как при коммутации каналов , использует преимущества статистического мультиплексирования на своих каналах передачи, что является неотъемлемой особенностью коммутации пакетов.

Стандартизация виртуальных каналов, проведенная CCITT в 1978 году , предусматривает управление потоком данных для каждого соединения на всех интерфейсах «пользователь-сеть» и «сеть-сеть». Это позволяет участвовать в управлении перегрузкой и снижает вероятность потери пакетов в сильно загруженной сети. ^{[1] [2]} Некоторые протоколы каналов обеспечивают надежную связь посредством использования повторной передачи данных, вызываемой обнаружением ошибок и автоматическим запросом повторения (ARQ).

Прежде чем использовать виртуальный канал, он должен быть установлен между сетевыми узлами на этапе установления вызова . После установления поток битов или поток байтов может обмениваться между узлами, обеспечивая абстракцию от разделения низкого уровня на блоки данных протокола и позволяя протоколам более высокого уровня работать прозрачно.

Альтернативой сетям виртуальных каналов являются дейтаграммные сети.

Сравнение с коммутацией цепей

Связь по виртуальному каналу напоминает коммутацию каналов , поскольку оба они ориентированы на соединение , а это означает, что в обоих случаях данные доставляются в правильном порядке, и на этапе установления соединения требуются накладные расходы на сигнализацию. Однако коммутация каналов обеспечивает постоянную скорость передачи данных и задержку, хотя в службе виртуальных каналов они могут различаться из-за таких факторов, как:

• изменение длины очереди пакетов в узлах сети,
• изменяющаяся скорость передачи данных, генерируемая приложением,
• изменение нагрузки от других пользователей, использующих одни и те же сетевые ресурсы, посредством статистического мультиплексирования и т. д.

Возможность виртуального звонка

В телекоммуникациях возможность виртуального вызова , иногда называемая возможностью виртуального вызова , представляет собой функцию услуги, при которой:

• процедура установления вызова и процедура разъединения вызова определяют период связи между двумя DTE , в течение которого пользовательские данные передаются по сети с коммутацией пакетов
• необходим сквозной контроль передачи пакетов внутри сети
• данные могут быть доставлены в сеть инициатором вызова до завершения фазы доступа к вызову, но данные не доставляются получателю вызова, если попытка вызова не удалась.
• сеть доставляет все пользовательские данные получателю вызова в той же последовательности , в которой данные принимаются сетью
• ООД с множественным доступом могут одновременно выполнять несколько виртуальных вызовов .

Альтернативным подходом к виртуальным вызовам является связь без установления соединения с использованием дейтаграмм . ^[3]

В 1970-х годах концепция «виртуального вызова» использовалась в британской EPSS и была усовершенствована Реми Депре как «виртуальные каналы» во французской RCP . ^{[4] [5] [6]}

Виртуальные цепи уровня 4

Протоколы транспортного уровня , ориентированные на соединение , такие как TCP ^{[7] [8],} могут опираться на протокол сетевого уровня с коммутацией пакетов без установления соединения, такой как IP , где разные пакеты могут маршрутизироваться по разным путям и, таким образом, доставляться не по порядку. Однако можно использовать TCP как виртуальный канал, ^{[8] [9] [10],} поскольку TCP включает нумерацию сегментов, которая позволяет переупорядочивать на стороне получателя для обеспечения доставки вне очереди.

Виртуальные цепи уровня 2/3

Протоколы виртуальных каналов канального и сетевого уровня основаны на коммутации пакетов с установлением соединения , что означает, что данные всегда доставляются по одному и тому же сетевому пути, т. е. через одни и те же узлы. Преимущества этого метода по сравнению с коммутацией пакетов без установления соединения:

• Поддерживается резервирование полосы пропускания на этапе установления соединения, что делает возможным гарантированное качество обслуживания (QoS). Например, может быть предоставлен класс QoS с постоянной скоростью передачи данных , что приводит к эмуляции переключения каналов .
• Требуется меньше накладных расходов, поскольку пакеты не маршрутизируются индивидуально, а полная адресная информация не предоставляется в заголовке каждого пакета данных. В каждом пакете требуется только небольшой идентификатор виртуального канала (VCI). Информация о маршрутизации передается узлам сети только на этапе установления соединения.
• Сетевые узлы работают быстрее и теоретически имеют более высокую пропускную способность, поскольку они представляют собой коммутаторы, которые выполняют маршрутизацию только на этапе установления соединения, тогда как сетевые узлы без установления соединения представляют собой маршрутизаторы, которые выполняют маршрутизацию для каждого пакета индивидуально. Переключение предполагает только поиск идентификатора виртуального канала в таблице, а не анализ полного адреса. Коммутаторы можно легко реализовать на оборудовании ASIC , тогда как маршрутизация более сложна и требует реализации программного обеспечения. Однако из-за большого рынка IP-маршрутизаторов, а также из-за того, что современные IP-маршрутизаторы поддерживают коммутацию уровня 3 , современные IP-маршрутизаторы сегодня могут быть быстрее, чем коммутаторы для протоколов, ориентированных на соединение.

Примеры протоколов

Примеры протоколов транспортного уровня, обеспечивающих виртуальный канал:

• Протокол управления передачей (TCP), в котором надежный виртуальный канал устанавливается поверх базового ненадежного IP-протокола без установления соединения. Виртуальный канал идентифицируется парой адресов сетевых сокетов источника и назначения , т. е. IP-адресом отправителя и получателя и номером порта. Гарантированное QoS не предоставляется.
• Протокол передачи управления потоком (SCTP), где виртуальный канал устанавливается поверх протокола IP.

Примеры протоколов виртуальных каналов сетевого уровня и канального уровня, в которых данные всегда доставляются по одному и тому же пути:

• X.25 , где VC идентифицируется идентификатором виртуального канала (VCI). X.25 обеспечивает надежную связь между узлами и гарантированное качество обслуживания.
• Frame Relay , где VC идентифицируется по DLCI. Frame Relay ненадежен, но может обеспечить гарантированное качество обслуживания.
• Асинхронный режим передачи (ATM), в котором канал идентифицируется парой идентификатора виртуального пути (VPI) и идентификатора виртуального канала (VCI). Уровень ATM обеспечивает ненадежные виртуальные каналы, но протокол ATM обеспечивает надежность через подуровень конвергенции услуг (SSCS) уровня адаптации ATM (AAL) (хотя он использует термины «гарантированный» и «негарантированный», а не «надежный»). и «ненадежный»). ^{[11] [12]}
• Служба пакетной радиосвязи общего назначения (GPRS)
• Многопротокольная коммутация по меткам (MPLS), которую можно использовать для IP по виртуальным каналам. Каждая цепь идентифицируется меткой. MPLS ненадежен, но предоставляет восемь различных классов QoS.

Постоянные и коммутируемые виртуальные каналы в ATM, Frame Relay и X.25.

Коммутируемые виртуальные каналы ( SVC ) обычно устанавливаются для каждого вызова и отключаются при завершении вызова; однако постоянный виртуальный канал ( PVC ) может быть установлен в качестве опции для обеспечения выделенного канала связи между двумя объектами. Конфигурация PVC обычно предварительно настраивается поставщиком услуг. В отличие от SVC, PVC обычно очень редко ломаются/отсоединяются.

Коммутируемый виртуальный канал (SVC) — это виртуальный канал, который динамически устанавливается по требованию и отключается по завершении передачи, например, после телефонного звонка или загрузки файла. SVC используются в ситуациях, когда передача данных носит спорадический характер и/или не всегда между одними и теми же конечными точками терминального оборудования данных ( DTE ).

Постоянный виртуальный канал (PVC) — это виртуальный канал, созданный для многократного/непрерывного использования между одним и тем же DTE . В PVC долгосрочная ассоциация идентична фазе передачи данных виртуального вызова. Постоянные виртуальные каналы исключают необходимость повторного установления и сброса вызова .

• Frame Relay обычно используется для предоставления PVC.
• ATM обеспечивает как коммутируемые виртуальные соединения , так и постоянные виртуальные соединения , как они называются в терминологии ATM.
• X.25 обеспечивает как виртуальные вызовы , так и PVC, хотя не все поставщики услуг X.25 или реализации DTE поддерживают PVC, поскольку их использование было гораздо менее распространенным, чем SVC.

Смотрите также

• Идентификатор соединения канала передачи данных (DLCI)
• Переключение меток
• Протокольные войны
• Поток трафика (компьютерные сети)

Рекомендации

1. «X.25 - Интерфейс между терминальным оборудованием данных (DTE) и оконечным оборудованием канала передачи данных (DCE) для терминалов, работающих в пакетном режиме и подключенных к сетям передачи данных общего пользования по выделенному каналу» . МСЭ-Т. Октябрь 1976 года.
2. Рыбчинский, А; Весслер, Б; Депре, Р; Уэдлейк, Дж (7 июня 1976 г.). «Новый протокол связи для доступа к сетям передачи данных: международный интерфейс пакетного режима». В АФИПС (ред.). Материалы национальной компьютерной конференции и выставки AFIPS '76 , состоявшейся 7–10 июня 1976 г. п. 477. дои : 10.1145/1499799.1499869. S2CID  8790311.
3. Таненбаум, Эндрю С.; Уэтералл, Дэвид Дж. (2011). Компьютерные сети (5-е международное изд.). Пирсон. п. 361. ИСБН 978-0-13-255317-9.
4. Смит, Эд; Миллер, Крис; Нортон, Джим (2017). «Коммутация пакетов: первые шаги на пути к информационному обществу». Национальная физическая лаборатория .
5. «RCP, Экспериментальная служба передачи данных с коммутацией пакетов французской PTT» . 21 января 2022 г.
6. Р. Депре, «Сеть с коммутацией пакетов с плавной насыщенной работой», в «Компьютерные коммуникации: влияние и последствия», С. Винклер, под ред. Вашингтон, округ Колумбия, 1972 год.
7. RFC 793
8. RFC 1180
9. RFC 955
10. RFC 1644
11. ITU-T, Спецификация уровня адаптации ATM B-ISDN: Тип 3/4 AAL , Рекомендация I.363.3 (08/96), Международный союз электросвязи, 1996, стр. 5.
12. ITU-T, Спецификация уровня адаптации ATM B-ISDN: AAL типа 5 , Рекомендация I.363.5 (08/96), Международный союз электросвязи, 1996, стр. 5.

•  Эта статья включает общедоступные материалы из Федерального стандарта 1037C. Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г.