Sieci z przełączaniem pakietów powstały pod koniec lat 70-tych ubiegłego wieku, gdy pojawił się protokół X.25. Niski koszt takich sieci w porównaniu z dedykowanymi, dzierżawionymi liniami doprowadził do szybkiej ewolucji protokołów przełączania. Dzięki nim przesyłanie danych przez sieć stało się bardzo szybkie i efektywne. W tym artykule omawiamy najpopularniejsze z tych protokołów.
Sieci WAN łączy wiele mniejszych, odległych sieci LAN lub MAN. Sieć WAN może należeć do firmy, która z niej korzysta lub być wykupiona jako usługa od operatora sieciowego. Niezależnie od tego, termin ten odnosi się do wykorzystania do komunikacji sieci publicznej (współdzielonej).
Z reguły w sieciach WAN stosowano inne technologie i sprzęt niż w sieciach LAN. Najczęściej wymieniane w tym kontekście technologie to X.25, Frame Relay, ATM, SONET. Jednak ostatnio coraz częściej wykorzystuje się Ethernet i IP MPLS.
X.25
X.25 został zaprojektowany do wykorzystania w sieciach publicznych przesyłających dane, które były utrzymywane przez takie firmy, jak AT&T czy General Electric. Stos protokołów X.25 zapewnia komunikację punkt-punkt pomiędzy sieciami lokalnymi poprzez sieć WAN, wykorzystując DTE (Data Terminal Equipment) oraz DCE (Data Communication Equipment). DCE zapewnia połączenie z DTE, np. routerem, zaś routery obsługują połączenie z siecią WAN.
Ponieważ zastosowaniem sieci WAN jest łączenie odległych sieci LAN, sesja X.25 składa się z komunikacji pomiędzy dwoma urządzeniami DTE. Przykładowo, można mieć lokalną sieć firmową w Warszawie podłączoną do routera, który zapewnią łączność z siecią publiczną oraz podobnie podłączoną sieć lokalną w Krakowie. Protokół X.25 może obsługiwać połączenie pomiędzy dwoma routerami w sieci WAN, co umożliwi im wymianę danych.
Stos protokołów X.25 składa się z protokołów działających w warstwie sieci, łącza danych oraz fizycznej. Tymi protokołami są:
- Packet Layer Protocol (PLP) – protokół działający w warstwie sieci, zarządza wymianą pakietów pomiędzy połączonymi sieciami LAN (w naszym przypadku pomiędzy routerami w Warszawie i Krakowie). PLP tworzy wirtualny obwód pomiędzy routerami i jest również odpowiedzialny za segmentację i scalanie pakietów przesyłanych pomiędzy routerami. PLP jest także odpowiedzialny za zamykanie wirtualnego obwodu, gdy transfer danych dobiega końca.
- Link Access Procedure/Balanced Protocol (LAP/B) – protokół działający w warstwie łącza danych. Jego zadaniem jest kontrolowanie, czy ramki są dostarczane we właściwej kolejności i bez błędów.
- X.21bis – protokół warstwy fizycznej, aktywujący i wyłączający fizyczne media łączące urządzenia DTE i DCE.
Ponieważ X.25 został stworzony do wykorzystania w publicznych sieciach telefonicznych, które z reguły składają się z linii analogowych, protokół ten został wyposażony w rozbudowane mechanizmy wykrywania błędów. Praktycznie wyszedł z użycia, zastąpiony przez szybsze protokoły przełączania pakietów, np. Frame Relay czy ATM.
Frame Relay
Frame Relay to następca protokołu X.25. Jest protokołem WAN działającym w warstwie drugiej, który zapewnia szybsze połączenia pomiędzy routerami czy mostami, połączonymi z reguły łączami optycznymi. Uządzenia DCE w sieciach Frame Relay to z reguły przełączniki obsługiwane przez operatorów sieciowych. Frame Relay jest szybszy niż X.25, ponieważ zrezygnowano w nim z niektórych funkcji kontrolnych i wykrywania błędów, które spowalniały przesyłanie pakietów w X.25.
Frame Relay wykorzystuje stałe, wirtualne obwody dla sesji komunikacyjnych pomiędzy dwoma punktami w sieci WAN. Wirtualne obwody są identyfikowane na podstawie identyfikatora DLCI (Data Link Connection Identifier) – jest to wartość definiowana przez operatora usługi Frame Relay. Ponieważ na jednym interfejsie Frame Relay może istnieć kilka wirtualnych obwodów, identyfikator DLCI dla konkretnego wirtualnego obwodu (tego, który jest właśnie używany do transmisji danych) może być używany jako mechanizm, który zapewnia, że pakiety dotrą do właściwego celu. Jest to realizowane poprzez mapowanie logicznych adresów (np. adresów IP) źródłowego i docelowego urządzenia DTE na identyfikator wirtualnego obwodu, który jest wykorzystywany przez nie do komunikacji.
Asynchronous Transfer Mode (ATM)
Kolejną technologią przełączania pakietów w sieciach WAN jest ATM (Asynchronous Transfer Mode). ATM to zaawansowany protokół przełączania, który wykorzystuje pakiety o stałym rozmiarze (53 bajty), nazywane komórką (cell). Wykorzystanie pakietów o stałej wielkości (czego nie ma w protokołach X.25 oraz Frame Relay) zwiększa przepustowość, ponieważ przełączniki i routery są w stanie szybciej przekazywać komórki o stałym rozmiarze. ATM może przesyłać dane z teoretyczną szybkością 2,4Gbps.
Typowa szybkość łączy WAN działających w technologii ATM mieści się między 45 a 622 Mbps. Przepustowość 622 Mbps jest osiągana z wykorzystaniem najszybszego medium sieci WAN – SONET (Synchronous Optical Network czyli sieć optyczną opracowaną w laboratoriach Bell Communications Research, umożliwiającą przesyłanie głosu, danych i wideo).
ATM jest podobny do Frame Relay w tym sensie, że wykorzystuje linie, które są wolne od zakłóceń. Dlatego nie wymaga rozbudowanych mechanizmów wykrywania błędów. ATM może być wykorzystywany w sieciach szkieletowych FDDI w obszarach miejskich (z szybkością 100 Mbps) lub na dzierżawionych liniach T-3 (z szybkością 45 Mbps). Sieci ATM wykorzystują zalety szybkich przełączników ATM, które błyskawicznie przekazują dane z portu na port w czasie jego transferu między nadawcą a odbiorcą.
Ethernet i IP MPLS
Zarówno Frame Relay, jak i ATM to już przestarzałe technologie, od których operatorzy odchodzą. ATM, w którym pokładano duże nadzieje, okazał się technologią zbyt drogą i nie oferującą wystarczających przepływność. Obecnie duże korporacje i operatorzy budują sieci WAN na bazie technologii Ethernet i IP MPLS, które dają największą elastyczność i przepustowość oraz stosunkowe łatwe zarządzanie.
Ethernet oferuje już bardzo wysokie przepływności – w czerwcu 2010 ratyfikowano standardy 40 GE i 100 GE. Jest to bardzo dobrze znana, sprawdzona technologia i tania. Z kolei IP MPLS oferuje szereg zaawansowanych mechanizmów, umożliwiających wdrażanie rozbudowanych polityk QoS. Więcej na temat MPLS w artykule „Wprowadzenie do MPLS i VPN”.
