Виртуальная схема

Эмуляция выделенного физического канала через сеть с коммутацией пакетов

Виртуальный канал ( VC ) — это средство передачи данных по сети передачи данных, основанное на коммутации пакетов , в котором соединение сначала устанавливается по сети между двумя конечными точками. Сеть, вместо того чтобы иметь фиксированное резервирование скорости передачи данных на соединение, как в коммутации каналов , использует статистическое мультиплексирование на своих каналах передачи, что является неотъемлемой особенностью коммутации пакетов.

Стандартизация виртуальных каналов 1978 года CCITT налагает контроль потока на каждом соединении на всех интерфейсах пользователь-сеть и сеть-сеть. Это позволяет участвовать в контроле перегрузки и снижает вероятность потери пакетов в сильно загруженной сети. ^{[1] [2]} Некоторые протоколы каналов обеспечивают надежную связь за счет использования повторных передач данных, вызываемых обнаружением ошибок и автоматическим запросом на повтор (ARQ).

Прежде чем виртуальный канал может быть использован, он должен быть установлен между сетевыми узлами на этапе настройки вызова . После установления поток битов или байтов может быть обменен между узлами, обеспечивая абстракцию от низкоуровневого разделения на протокольные единицы данных и позволяя протоколам более высокого уровня работать прозрачно.

Альтернативой сетям с виртуальными каналами являются сети с дейтаграммами .

Сравнение с коммутацией цепей

Виртуальная коммуникация по схеме напоминает коммутацию схем , поскольку обе ориентированы на соединение , что означает, что в обоих случаях данные доставляются в правильном порядке, а на этапе установления соединения требуются накладные расходы на сигнализацию. Однако коммутация схем обеспечивает постоянную скорость передачи данных и задержку, в то время как они могут меняться в службе виртуальной схемы из-за таких факторов, как:

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

Возможность виртуального вызова

В телекоммуникациях возможность виртуального вызова , иногда называемая средством виртуального вызова , представляет собой функцию обслуживания , при которой:

• Процедура установления вызова и процедура отключения вызова определяют период связи между двумя DTE , в течение которого пользовательские данные передаются по сети с коммутацией пакетов .
• требуется сквозной контроль передачи пакетов внутри сети
• Данные могут быть доставлены в сеть отправителем 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
• Устройства DTE с множественным доступом могут одновременно обрабатывать несколько виртуальных вызовов .

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

В начале 1970-х годов компания British Telecom разработала возможность виртуального вызова для EPSS (основываясь на работе Дональда Дэвиса в Национальной физической лаборатории ). Концепция была улучшена Реми Депре в виде виртуальных каналов для экспериментальной сети RCP французской PTT . ^{[4] [5] [6]}

Виртуальные каналы уровня 4

Протоколы транспортного уровня , ориентированные на соединение, такие как TCP ^{[7] [8],} могут полагаться на протокол сетевого уровня коммутации пакетов без установления соединения, такой как IP , где различные пакеты могут маршрутизироваться по разным путям и, таким образом, доставляться вне очереди. 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 каналы уровня 2/3

Протоколы виртуальных цепей уровня канала передачи данных и сетевого уровня основаны на коммутации пакетов , ориентированной на соединение , что означает, что данные всегда доставляются по одному и тому же сетевому пути, т. е. через одни и те же узлы. Преимущества этого по сравнению с коммутацией пакетов без 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 коммутации 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 только узлам сети на этапе установления соединения.
• Сетевые узлы быстрее и имеют большую емкость в теории, поскольку они являются коммутаторами, которые выполняют маршрутизацию только во время фазы установления соединения, в то время как сетевые узлы без соединения являются маршрутизаторами, которые выполняют маршрутизацию для каждого пакета индивидуально. Коммутация включает только поиск идентификатора виртуального канала в таблице, а не анализ полного адреса. Коммутаторы могут быть легко реализованы в оборудовании ASIC , в то время как маршрутизация более сложна и требует программной реализации. Однако из-за большого рынка IP-маршрутизаторов и из-за того, что усовершенствованные IP-маршрутизаторы поддерживают коммутацию уровня 3 , современные IP-маршрутизаторы сегодня могут быть быстрее коммутаторов для протоколов, ориентированных на соединение.

Примеры протоколов

Примеры протоколов транспортного уровня, которые обеспечивают виртуальный канал:

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

Примеры протоколов виртуальных цепей сетевого уровня и уровня канала передачи данных, где 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 (QoS).
• Frame Relay , где VC идентифицируется DLCI. Frame Relay ненадежен, но может обеспечить гарантированное QoS.
• Асинхронный режим передачи (ATM), где цепь идентифицируется парой идентификатора виртуального пути (VPI) и идентификатора виртуального канала (VCI). Уровень ATM обеспечивает ненадежные виртуальные цепи, но протокол ATM обеспечивает надежность через уровень адаптации ATM (AAL) Service Specific Convergence Sublayer (SSCS) (хотя он использует термины гарантированный и негарантированный, а не надежный и ненадежный ). ^{[11] [12]}
• Служба пакетной радиосвязи общего пользования (GPRS)
• Многопротокольная коммутация меток (MPLS), которая может использоваться для IP через виртуальные каналы. Каждый канал идентифицируется меткой. MPLS ненадежен, но обеспечивает восемь различных классов QoS.

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

Коммутируемые виртуальные каналы ( SVC ) обычно устанавливаются на основе вызовов и отключаются при завершении вызова; однако постоянный виртуальный канал ( PVC ) может быть установлен как опция для предоставления выделенного канала связи между двумя объектами. Конфигурация PVC обычно предварительно настраивается поставщиком услуг. В отличие от SVC, PVC обычно очень редко разрываются/отключаются.

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

Постоянный виртуальный канал (PVC) — это виртуальный канал, установленный для повторного/непрерывного использования между одним и тем же DTE . В PVC долгосрочная ассоциация идентична фазе передачи данных виртуального вызова. Постоянные виртуальные каналы устраняют необходимость в повторной настройке и очистке вызова .

• Frame Relay обычно используется для предоставления постоянных виртуальных каналов (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 распространено, чем SVC.

Смотрите также

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

Ссылки

1. "X.25 - Интерфейс между оконечным 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 г.
2. Рыбчинский, А.; Весслер, Б.; Депре, Р.; Уэдлейк, Дж. (1976-06-07). "Новый протокол связи для доступа к сетям передачи данных: международный интерфейс пакетного режима". В AFIPS (ред.). Труды национальной компьютерной конференции и выставки 7-10 июня 1976 г. - AFIPS '76 . стр. 477. doi :10.1145/1499799.1499869. S2CID  8790311.
3. Таненбаум, Эндрю С.; Везеролл, Дэвид Дж. (2011). Компьютерные сети (5-е международное издание). Пирсон. стр. 361. ISBN 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 пакетной коммутации данных французской PTT". 21 января 2022 г.
6. Р. Депре, «Сеть коммутации пакетов с изящной работой в режиме насыщения», в книге «Компьютерные коммуникации: последствия и последствия», под ред. С. Винклера. Вашингтон, округ Колумбия, 1972 г.
7. RFC793
8. RFC 1180
9. RFC 955
10. RFC 1644
11. ITU-T, спецификация уровня адаптации B-ISDN ATM: тип 3/4 AAL , рекомендация I.363.3 (08/96), Международный союз электросвязи, 1996, стр. 5.
12. ITU-T, спецификация уровня адаптации B-ISDN ATM: Тип 5 AAL , Рекомендация I.363.5 (08/96), Международный союз электросвязи, 1996, стр. 5.

•  В этой статье использованы материалы из Федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22.