Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Российский университет транспорта (МИИТ)»

Факультет: «Транспортные средства»

 

Кафедра: «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь»

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

 

«Сети связи и системы коммутации»

(название дисциплины)

 

Курс: I V

 

 

Направление/специальность: 11 .0 3 .0 2 Инфокоммуникационные системы и сети связи

                                                  (код, наименование специальности /направления)

 

Профиль/специализация: «Оптические системы и сети связи» (ИТ)

                                        

 

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: заочная

 

 

Москва 2018 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Российская телекоммуникационная сеть общего пользования. 1

1.1 История развития и классификация сетей. 1

1.2 Этапы развития технологий телекоммуникационных сетей. 13

1.3 Телефонная сеть общего пользования. 18

1.3.1 Международная телефонная сеть. 18

1.2.2 Междугородная сеть России. 20

1.2.3 Внутризоновые телефонные сети. 22

1.2.4 Системы нумерации в ТФОП РФ.. 25

2 КОММУТАЦИЯ В ТФОП.. 26

4.1 Общие положения. 26

4.2 Структуры коммутационного поля. 30

4.3 Коммутационное поле АТСЭ.. 36

4.3.1 Общие положения. 36

4.3.2 Блок пространственной коммутации. 37

4.3.3 Блок временной коммутации. 39

4.3.4 Сравнение блоков ПК и ВК.. 43

4.3.5 Коммутационные схемы В-П-В и П-В-П.. 44

3. МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ.. 49

3.1 Многоуровневый подход. 49

3.1.1 Декомпозиция задачи сетевого взаимодействия. 49

2.1.2 Протокол. Интерфейс. Стек протоколов. 51

3.2 Модель OSI 55

3.2.1 Общая характеристика модели OSI 55

3.2.2 Физический уровень. 59

3.2.3 Канальный уровень. 59

3.2.4 Сетевой уровень. 63

3.2.5 Транспортный уровень. 66

3.2.6 Сеансовый уровень. 68

3.2.7 Представительный уровень. 68

3.2.8 Прикладной уровень. 69

3.2.9 Сетезависимые и сетенезависимые уровни. 69

3.2.10 Сравнение архитектур протоколов TCP/IP и OSI 72

4. МЕТОДЫ КОММУТАЦИИ В СЕТЯХ СВЯЗИ.. 73

4.1 Разные подходы к выполнению коммутации. 73

4.2 Коммутация каналов. 74

4.3 Коммутация пакетов. 76

4.4 Коммутация сообщений. 81

4.5 Постоянная и динамическая коммутация. 83

4.6 Пропускная способность сетей с коммутацией пакетов. 84

4.7 Дейтаграммная передача. 89

4.8 Виртуальные каналы в сетях с коммутацией пакетов. 91

4.9 Обзор методов коммутации. 93

Многоскоростная коммутация каналов. 94

Быстрая коммутация каналов (БКК) 94

Ретрансляция кадров. 95

Быстрая коммутация пакетов – асинхронный режим передачи и АТМ.. 96

5. ЦИФРОВАЯ СЕТЬ С ИНТЕГРИРОВАННЫМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ.. 101

5.1 Основные показатели ISDN.. 101

5.2 Службы ISDN.. 103

5.3 Функциональные блоки и интерфейсы ISDN.. 105

5.4 Доступ BRA.. 108

5.5 Варианты доступа к сети ISDN.. 110

5.6 Преимущества и недостатки сетей ISDN.. 112

5.7 Сигнализация в ISDN.. 113

6. СИНХРОНИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ СЕТЕЙ.. 122

6.1 Общие положения. 122

6.2 Современная концепция построения систем синхронизации. 126

6.2.1 Структура системы межузловой синхронизации. 129

6.2.2 Структура системы внутриузловой синхронизации. 136

6.2.3 Подсистемы QoS и TMN.. 137

РОССИЙСКАЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННАЯ СЕТЬ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

Все виды электросвязи имеют дело с различными по характеру и параметрам электрическими сигналами, поэтому каждый вид в своем развитии ориентировался на создание своих каналов, систем и даже своей сети.

Структура сети выбиралась в соответствии с особенностями распределения потоков сообщений, характерных для конкретного вида электросвязи. В результате сформировалось несколько независимых сетей. Средства связи, из которых создавались сети, оказались разрозненными. Уже в начале 1960-х гг. стало ясно, что перспективным направлением развития электросвязи должно стать объединение сетей. В первую очередь требовалось объединить однородные сети внутри каждого вида электросвязи, а затем изолированные сети отдельных видов электросвязи.

Необходимость передачи электрических сигналов в совпадающих направлениях позволила поставить вопрос об объединении отдельных систем передачи в совпадающих направлениях в единую систему передачи. Система передачи – совокупность технических средств, позволяющая образовать независимые электрические каналы, по которым передаются сигналы электросвязи.

Наконец, одна из важнейших предпосылок, ведущих к слиянию сетей, сходство функций, выполняемых различными системами коммутации и заключающихся в организации путей передачи сообщений для их доставки от отправителя к получателю.

Все это и вызвало необходимость построения и развития различных сетей электросвязи с учетом перспективы слияния их в единую сеть связи.

Учитывая эти обстоятельства, в конце 1960-х гг. было принято решение о создании в стране Единой автоматизированной сети связи (ЕАСС), которая бы объединила все сети электросвязи независимо от их ведомственной принадлежности.

Создание ЕАСС базировалось на объединении разрозненных и многочисленных мелких сетей в общегосударственные сети каждого вида электросвязи, а затем в единую сеть с целью совместного использования определенных технических средств, и в первую очередь систем передачи и коммутации.

Структура и обобщенная схема ЕАСС приведены на рисунках 1.6, 1.7.

Рис. 1.6. Структура ЕАСС

Сеть ЕАСС представляет собой достаточно сложный комплекс технических средств, которые образуют первичную и вторичные сети.

Рис.1.7. Обобщенная схема ЕАСС

В рамках ЕАСС получили развитие следующие типы каналов связи:

- стандартный канал тональной частоты (ТЧ), который характеризуется полосой частот 0,3 ... 3,4 кГц;

- групповые тракты, сформированные на основе каналов ТЧ: первичный групповой тракт из 12 каналов ТЧ, вторичный групповой тракт из 60 каналов ТЧ, третичный и четверичный групповые тракты соответственно из 300 и 900 каналов ТЧ;

- каналы передачи телевизионных изображений, звукового сопровождения, звукового вещания, которые формируются на базе канала ТЧ и групповых трактов;

- основной цифровой канал (ОЦК);

- цифровые групповые тракты, сформированные на основе каналов ОЦК (ПЦК, ВЦК, ТЦК, ЧЦК).

В конце XX века ход развития технического прогресса, в частности, широкое внедрение в сеть связи страны современных телекоммуникационных технологий, а также исторические изменения политической и экономической структуры России, предопределили создание новой концепции построения сети связи.

Взаимоувязанная сеть связи Российской Федерации (ВСС РФ) является частью инфраструктуры страны и представляет собой совокупность сетей, служб и оборудования связи, расположенных и функционирующих на территории страны. Она предназначена для удовлетворения потребностей населения, органов государственной власти и управления, обороны, безопасности, правопорядка, а также пользователей всех категорий в услугах электросвязи.

Взаимоувязанная сеть связи России сегодня представляет собой совокупность сетей (рисунок 1.8):

- сети общего пользования,

- ведомственных сетей и сети связи в интересах управления, обороны, безопасности и охраны правопорядка.

При этом главная составляющая ВСС - сети связи общего пользования, открытые для всех физических и юридических лиц на территории России.

Рисунок 1.8 – Структура ВСС

Организационно ВСС - это совокупность взаимоувязанных сетей электросвязи, находящихся в ведении различных операторов связи как юридических лиц, имеющих право предоставлять услуги электросвязи. Архитектура ВСС РФ приведена на рисунке 1.9.

Рисунок 1.9 - Архитектура ВСС

Взаимоувязанная сеть связи, как система связи, представляет собой иерархическую трехуровневую систему:

- первый уровень - первичная сеть передачи, представляющая типовые каналы и групповые тракты передачи для вторичных сетей;

- второй уровень - вторичные сети, т. е. коммутируемые и некоммутируемые сети связи (телефонные, документальной электросвязи и др.),

- третий уровень - это системы электросвязи или службы электросвязи, представляющие пользователям конкретные услуги связи.

Услуги электросвязи предоставляются пользователям посредством оконечного оборудования сетей электросвязи. Телефонная связь, передача данных, телеграфная связь, передача газет, распределение программ телевизионного и звукового вещания, видеотелефонные сети - все эти системы электросвязи общего пользования входят в структуру ВСС в качестве вторичных сетей.

Помимо сетей электросвязи общего пользования в состав ВСС входят также вторичные сети организованные различными ведомствами, корпорациями и коммерческими кампаниями. К таким сетям относятся:

- сети связи силовых структур,

- сети связи топливно-энергетического комплекса,

- сети связи транспортных и банковских структур,

- частные и корпоративные сети связи.

При построении вторичных сетей используются различные типы телекоммуникационных технологий, обеспечивающих эффективное использование каналов и типовых трактов, выделенных из состава первичной сети в данную вторичную сеть. К телекоммуникационным технологиям вторичных сетей относятся:

- кроссовая коммутация,

- традиционная коммутация каналов,

- коммутация сообщений и пакетов.

Помимо перечисленных последние годы активно внедряются новые более эффективные технологии построения вторичных сетей, которые относятся к телекоммуникационным технологиям интегрального типа. Эти технологии обеспечивают совместную передачу сообщений различных видов информации: речи, данных, факсимильной и видео информации, включая передачу телевизионных программ и т.д. К таким прогрессивным технологиям в настоящее время получившим наибольшее распространение относятся: ATM, Ethernet-Gb, ISDN и FrameRelay.

С 1 января 2004 года вступил в силу новый Федеральный закон «О связи», который определил начало нового этапа развития связи в России. Это этап развития российских телекоммуникаций – превращения российского общества на базе конвергентного объединения информатизации и телекоммуникации в электронно-цифровое общество. Сетевой основой российских телекоммуникаций определена Единая сеть электросвязи (ЕСЭ), в которую входят все сети электросвязи страны.

Рис. 1.9 Классификация сетей связи РФ

Все сети связи, входящие в единую сеть электросвязи (ЕСЭ) РФ, можно классифицировать по нескольким признакам (рис. 1.9):

- по категориям;

- по функциональному признаку;

- по способам организации каналов;

- по типу абонентских терминалов;

- по территориальному делению.

В техническом плане функционирование ВСС РФ базируется на принципах и структурах, в соответствии с которыми вся сеть связи страны подразделяется на две взаимосвязанные составляющие: первичную сеть и вторичную сеть.

Первичная сеть – это совокупность всех каналов без подразделения их по назначению и видам связи. В состав ее входят линии и каналообразующая аппаратура. Вторичная сеть состоит из каналов одного назначения (телефонных, телеграфных, вещания, передачи данных, телевидения и др.), образуемых на базе первичной сети. Вторичная сеть включает коммутационные узлы, оконечные пункты и каналы, выделенные на первичной сети.

Помимо принятого разделения сетей ЕСЭ на первичные и вторичные возможно другое двухуровневое разделение, по функциональному назначению: на транспортную сеть и сеть доступа.

Для организации информационного обмена между отдельными локальными и глобальными сетями развертывается транспортная сеть (ТС) реализующая сервисы транспортировки информационных потоков между отдельными абонентами, а также предоставление информационных сервисов (таких как: радио, ТВ, факсимильная связь и др.) потребителям.

Транспортная сеть связи (backhaul) – это совокупность ресурсов, выполняющих функции транспортирования в телекоммуникационных сетях. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления (рисунок 1.10).

Как правило, транспортные сети разворачиваются в национальном масштабе. В РФ такой транспортной системой является взаимоувязанная сеть связи РФ (ВСС).

Транспортная сеть связи состоит из междугородной и зоновых (региональных) сетей связи. Сеть доступа (абонентская сеть или сеть абонентского доступа) является местной сетью. Транспортная сеть предназначена для передачи высокоскоростных (широкополосных) потоков сообщения и их накопления.

Сеть доступа состоит из абонентских линий (на металлических или оптических кабелях, или радиоканалах) с подключенными к ним абонентскими оконечными устройствами местных станций коммутаций, соединяющих их линии передачи и линии передачи к узлам транспортной сети.

 

Рисунок 1.10 - Телекоммуникационная сеть

Сеть управления электросвязью – специальная сеть, обеспечивающая управление сетями электросвязи и их услугами путем организации взаимосвязи с компонентами различных сетей электросвязи на основе единых интерфейсов и протоколов, стандартизированных Международным Союзом Электросвязи.

Сеть управления электросвязью обеспечивает единое управление цифровыми сетями, входящими в ВСС РФ.

По территориальному признаку и назначению первичные и вторичные сети подразделяются на магистральную (междугородную – для вторичных сетей), внутризоновые (зоновые) и местные сети, а также международные сети.

Магистральные сети связи – технологически сопряженные междугородные сети электросвязи, образуемые между центром Российской Федерации и центрами субъектов Федерации, а также центрами субъектов между собой.

Зоновые (региональные) сети связи – технологически сопряженные сети электросвязи, образуемые в пределах территории одного или нескольких субъектов Федерации.

Местные сети связи – технологически сопряженные сети электросвязи, образуемые в пределах административной или определенной по иному принципу территорий, не относящиеся к региональным сетям связи. Местные сети подразделяются на городские и сельские.

Магистральные, внутризоновые и часть местных цифровых наложенных первичных сетей являются основой транспортной цифровой сети связи России. Местные и первичные сети на участке «местный узел оконечное устройство» в соответствии с новой терминологией являются сетью доступа (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Принцип построения первичной сети ЕСЭ

Структура первичной сети учитывает административное разделение территории страны. Вся территория России поделена на зоны, совпадающие, как правило, с территорией областей, краев, а иногда – республик.

Каждый канал ЕСЭ обеспечивает передачу сигналов электросвязи.

Служба электросвязи представляет собой организационно-техническую структуру на базе сети связи (или совокупности сетей связи), обеспечивающую обслуживание связью пользователей с целью удовлетворения их потребностей в определенном наборе услуг электросвязи. На данный момент различают три вида служб электросвязи: службы речевого обмена, службы документальной электросвязи и службы мультимедиа.

Традиционные сети связи (телефонные сети общего пользования ТфОП, сети передачи данных (СПД) характеризуются узкой специализацией. Для каждого вида связи существует отдельная сеть, которая требует технического обслуживания, при этом свободные ресурсы одной сети не могут использоваться другой сетью. Мультисервисная сеть позволяет отказаться от многочисленных наложенных вторичных сетей, обеспечить внедрение новых услуг с различным требованием к объему передаваемой информации и качеству её передачи.

Мультисервисная сеть образует единую информационно-телекоммуникационную структуру, которая поддерживает все виды трафика (данные, голос, видео) и предоставляет все виды услуг (традиционные и новые, базовые и дополнительные) в любой точке, в любое время, в любом наборе и объеме.

К базовым услугам мультисервисной сети относятся традиционные услуги передачи и доступа:

- передача традиционного телефонного трафика;

- передача трафика данных Интернет;

- передача трафика данных корпоративной сети;

- передача трафика мобильных сетей;

- доступ в сеть Интернет;

- доступ к сетям передачи данных.

К дополнительным услугам относятся следующие:

- передача голосового трафика IP-телефонии;

- передача видеотрафика для организации видеоконференций;

- организация виртуальной частной сети;

- услуги по обеспечению гарантированного уровня обслуживания.

Потребность создания мультисервисных сетей диктуется сформировавшимся рынком телекоммуникационных услуг.

Междугородная сеть России

Автоматическая коммутируемая междугородная сеть предназначена для установления соединений между АМТС различных зоновых телефонных сетей. Включает АМТС, УАК I (узлы автоматической коммутации I класса), УАК II и пучки каналов, связывающих станции и телефонные узлы (рисунок 1.16, 1.17).

Вся территория бывшего СССР поделена на 12 транзитных территорий, каждая из которых содержит УАК I. Все УАК соединяются между собой по принципу «каждый с каждым» пучками каналов высокого качества ПВК.

Рис. 1.16 – Схема междугородной телефонной сети

Рис. 1.17 – Иерархия междугородной телефонной сети

Число УАК в соединительном тракте страны не должно превышать четырех (т.е. в междугородном тракте – не более пяти коммутируемых участков). Самый длинный путь: АМТС – УАК II – УАК I – УАК I – УАК II – АМТС называется путем последнего выбора (ППВ).

Пунктиром на схеме рис. 1.17 показаны ПВИ – пути высокого использо­вания каналов – рассчитанные на большие потери с вероятностью блокировки 15-20 %.

При обслуживании поступающих вызовов для сеанса связи предоставля­ются, как правило, ПВИ. Все, что не установлено на путях высокого исполь­зования, поступает на ППВ. При занятости каналов ППВ вызов теряется.

Системы нумерации в ТФОП РФ

Система нумерации (адресации) является одной из основополагающих характеристик сети. Она в настоящее время модернизируется в связи с появлением или расширением новых сетей. Студентам, которые интересуются детальным рассмотрением этого вопроса, можно воспользоваться ссылкой:

http://www.intuit.ru/studies/courses/1155/269/lecture/6841?page=3

КОММУТАЦИЯ В ТФОП

Общие положения

Коммутация речевых сообщений производится в ТФОП с помощью метода коммутации каналов на основе двух главных принципов организации связи: непосредственной связи через соединительный шнур (СШ) или косвенной связи (Store-and- Forward) через запоминающее устройство. В общих чертах оборудование любой конкретной коммутационной станции можно разделить на ряд категорий в соответствии с тем, какую роль оно выполняет (рис. 4.7): сигнализацию, управление или коммутацию. Основная функция, выполняемая оборудованием сигнализации, – наблюдение за активностью входящих соединительных линий (ВСЛ) и последующая трансляция этого состояния в устройство управления КС. Кроме того, оборудование сигнализации используется для выдачи управляющих сигналов на исходящие соединительные линии (ИСЛ) при поступлении указаний из блока управления КС. Устройство управления обрабатывает поступающую от цепи информацию и дает команду на соответствующие соединения. Коммутационная схема устанавливает соединения между ВСЛ и ИСЛ с помощью замыкания, размыкания контактов с управляемой выборкой.

Рис. 4.7 – Составные части системы коммутации

Основными функциями устройств коммутации являются:

1) концентрация нагрузки, исходящей от источников со слабой актив­ностью, в объединенных средствах передачи;

2) адресация, сопровождение и направление информации от источника к потребителю согласно фиксированному или переменному трафику от одного центра к другому.

Различают коммутацию оперативную (соединение на короткое время) и кроссовую (долговременное соединение).

Коммутационные узлы и станции классифицируются по следующим при­знакам:

· по способу обслуживания вызовов – ручные, автоматические, полуавтоматические;

· по назначению – городские, междугородние, сельские, учрежденческие;

· по емкости – АТС малой, средней и большой емкости;

· по способу разделения каналов – пространственные и временные;

· по типу оборудования – декадно-шаговые, координатные, квазиэлектронные, электронные.

Начало развитию телефонных сетей было положено в 1876 г., когда американский учитель школы глухонемых А.Г. Белл (1847–1922 гг.) запатентовал изобретенный телефон. Уже в течение первого десятилетия существования телефона появились телефонные сети во многих городах мира (с коммутаторами ручного обслуживания), а также были изобретены автоматические телефонные станции (АТС). Здесь не обошлось без курьеза [46, с. 65]. Первую АТС изобрел гробовщик А. Строуджер из Канзас-Сити (США). Когда его ритуальный бизнес неожиданно пошел на убыль, он узнал, что телефонистка на городской телефонной станции преднамеренно соединяет его клиентов с конкурентом, ее женихом. Стремясь восстановить справедливость, Строуджер забросил похоронное дело, занялся электромеханикой, разработал и запатентовал устройство декадно-шаговой АТС и организовал производство коммутационной аппаратуры.

Декадно-шаговая система коммутации основана на применении электро­механического прибора – шагового искателя, в котором щетки при сраба­тывании электромагнита перемещаются на один шаг по десятирядному кон­тактному полю. Электромагнит же срабатывает от импульса, возникающего в цепи постоянного тока при ее кратковременном разрыве. Пользуясь номе­ронабирателем, который осуществляет серию кратковременных разрывов цепи в зависимости от набранной цифры, абонент телефонной сети сам управляет процессом установления своего соединения. Однако придуманное Строуджером прямое управление процессами установления соединения от номеронаби­рателя оказалось неэффективным потому, что абонент может делать большие паузы между набираемыми цифрами и занимать тем самым непродуктивно коммутационный прибор и даже канал связи (например, если он уже начал набирать номер абонента в другом городе). Поэтому вместо прямого управле­ния были созданы системы косвенного или регистрового управления, при котором процесс установления соединения начинается лишь после того, как весь набранный номер зафиксирован в специально предназначенном для этого приборе-регистре. В этом случае процесс управления становится более гибким, поскольку он не связан с необходимостью реализации каждого элемента команды (каждой отдельной цифры), а может использовать целую группу элементов или даже весь их набор. Однако и косвенное управление с помощью импульсов постоянного тока (или, как говорят, батарейных импульсов), по современным меркам, действует слишком медленно, особенно когда нужно передать с десяток цифр при международной связи.

Более быстродействующий метод набора связан с созданием кнопочного номеронабирателя, или тастатуры. При нажатии кнопки такого номеронаби­рателя цифра передается двухчастотным сигналом продолжительностью 40 мс. Появление системы косвенного управления было первым шагом важного процесса разделения средств коммутации и управления, который получил дальнейшее развитие в электронных АТС.

Серьезный недостаток декадно-шаговой системы коммутации заключа­ется в применении контактов скольжения, требующих значительных затрат на техническое обслуживание. Развитие коммутационных приборов пошло по пути перехода от контактов скольжения к более надежным контактам нажатия (реле, многократные координатные соединители (МКС)), в результате чего появились КС координатного типа. Дальнейшее же повышение надежности и технологичности коммутационного оборудования уже связано с применением электроники.

К сожалению, создать электронный коммутационный прибор для анало­гового телефонного сигнала не удается. Для этого требуется переключающее устройство с перепадом сопротивления во включенном и выключенном состо­янии не менее 108 раз. Ввиду невозможности реализации такого прибора электронными средствами, крупные аналоговые системы коммутации могут быть только так называемого квазиэлектронного типа. В таких станциях на электронных элементах построены все узлы, кроме коммутационного поля. В последнем применяются механические герметизированные контакты (герконы, гезаконы, ферриды) в стеклянных баллончиках с электрическим или магнитным удержанием соединений.

Из экспертных оценок специалистов европейских стран тенденций раз­вития различных видов коммутации (рис. 4.8) следует, что в перспективе будут использоваться как электронные, так и оптические системы коммутации на основе БКП [36, с. 58].

Рис. 4.8 – Оценка тенденций развития видов коммутации

В основу функционирования коммутационных систем всех перечисленных типов была положена идея гальванического контакта, осуществляемого между ВСЛ и ИСЛ тем или иным способом. Величина сопротивления этого контакта определяла качественные характеристики коммутатора. Современные электронные, и в особенности цифровые, коммутаторы позволяют полностью отказаться от указанной идеи, используя в качестве «электронного контакта» логическую схему «И», осуществляющую логическое умножение входного потока двоичных данных либо на «1» в состоянии «контакт включен», либо на «0» в состоянии «контакт разомкнут».

Современные станции коммутации содержат три основных функцио­нальных группы приборов: коммутационное поле, управляющие и перифе­рийные устройства. К последним относятся абонентские комплекты (стан­ционные оконечные устройства каждой абонентской линии), комплекты соединительных линий (линий, связывающих данную телефонную станцию с другими станциями), сигнально-вызывные и другие устройства, которые могут связываться с коммутационным полем или устройствами управления в процессе работы станции.

Коммутационное поле АТСЭ

Общие положения

Структурная схема электронной АТС аналогична структурной схеме  АТСКЭ и отличается от нее только принципом построения коммутационного поля и схемами отдельных функциональных блоков периферийных управляющих устройств.

Коммутационное поле АТСЭ может быть построено как с пространственной, так и с временной коммутацией каналов. При пространственной коммутации производится соединение между одноименными каналами уплотненных соединительных линий (УСЛ) посредством точек коммутации, занимающих определенное место в КП, а при временной коммутации осуществляется соединение между каналами с разными временными интервалами за счет изменения их временных позиций.

Коммутационная схема АТСЭ позволяет сократить объем оборудования по сравнению с декадно-шаговыми МКС в десятки и сотни раз.

Современные АТСЭ строятся с пространственной и временной коммутацией каналов с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ). В настоящее время в России в качестве основной цифровой аппаратуры принята 32-канальная (порождающая поток Е1 плезиохронной цифровой иерархии), на основе которой строятся различные цифровые системы передачи. Производится пространственно-временная коммутация отдельных каналов (ПВКС) различных групповых трактов. В интервале между импульсами данного канала могут передаваться импульсы других, сдвинутые по времени относительно друг друга. Используется метод синхронного группообразования с временным разделением каналов (СГВР).

Для трактов ИКМ при 8-битовом кодировании и скорости 64 кбит/с в

канале для 32 каналов требуется скорость 2048 кбит/с. При изменении тактовой частоты и способа группировки сигналов на входе-выходе могут быть использованы другие типы цифровой модуляции (β-модуляция и пр.).

Блок временной коммутации

Кроме коммутации цифровых каналов в пространстве, применяется еще коммутация цифровых каналов во времени, изобретенная японским специалистом X. Иносэ [46]. Идея коммутации во времени состоит в задержке передачи сигнала на несколько канальных интервалов. На рис. 4.25 показана упрощенная схема временного коммутатора, содержащего ОЗУ информации и ОЗУ адреса. Пусть в строки ОЗУ информации последовательно записана информация, принадлежащая каналам с номерами 1, 2, 3, 4. Если считывать информацию следует в очередности 3, 2, 1, 4, то достаточно адреса каналов в указанной последовательности внести в строки ОЗУ адреса.

На рис. 4.26 показана структурная схема простейшего временного коммутатора, состоящего из отдельных ячеек информационной памяти ИП, каждая из которых придается определенному временному каналу.

Рис. 4.25 – Принцип действия звена временной коммутации

Рис. 4.26 – Структурная схема временного коммутатора

ОЗУ информационной памяти имеет элементы памяти, число которых равно числу разрядов кодовой комбинации канала. Кроме того, ИП содержит две схемы «И». Одна из схем «И», стоящая на входе ЗУ, необходима для выделения канала. Поэтому за каждой из указанных схем постоянно закрепляется тактовая импульсная последовательность, характеризующая данный канал. Вторая схема «И», стоящая на выходе ЗУ, необходима для считывания кодовой комбинации с ЗУ на свободный канал. На вход этой схемы из УУ подается тактовая импульсная последовательность канала, содержащая информацию с ЗУ. Каждой ВСЛ, уплотненной n каналами, придается блок временной коммутации ВК, содержащий n ячеек ИП.

В рассматриваемом примере n = 3. Первая ячейка ИП₁ придается 1-му каналу. Поэтому за схемой И₁ закрепляется импульсная последовательность P₁. Ячейка ИП₂ и последовательность Р₂ предназначены для обслуживания 2-го канала, а ИП₃ и Р₃ придаются 3-му каналу. Пусть поступил вызов по 3-му каналу ВСЛ, который необходимо скоммутировать на ИСЛ. Кодовые комбинации 3-го канала через И₃ записываются в ЗУ₃. В связи с тем, что в ИСЛ свободен 2-й канал, из УУ на схему И₃ подается импульсная последовательность Р₂, и информация с ЗУ₃ через схему И₃ будет считываться в период, отведенный для 2-го канала. Одновременно в приведенном примере 1-й канал ВСЛ коммутируется в 1-й канал ИСЛ.

На рис. 4.27 показана схема временного коммутатора, предложенного X. Иносэ, емкостью N входов и N выходов, пространственным эквивалентом которой является та же схема, которая изображена на рис. 4.10,а.

Рис. 4.27 – Схема звена временного коммутатора X. Иносе

Схема содержит секционированный регистр сдвига (либо линию задержки или прибор с зарядовой связью), управляемый генератором тактовой частоты ТГ и имеющий выходные отводы, сигналы в которых разнесены по времени задержки на один канальный интервал τ. Отводы связаны с управляемыми вентилями ЭК; (двухвходовыми схемами совпадения, или логическими схемами «И»). Если общее число канальных интервалов в линии передачи с временным разделением равно N, то полнодоступная схема временной коммутации должна содержать регистр сдвига с N-1 секциями. В зависимости от управляющих сигналов, открывающих вентили на время того или другого канального интервала, рассматриваемая схема может произвольно сдвигать канальные интервалы на входе устройства (в ВСЛ) в любую последовательность этих канальных интервалов на выходе (в ИСЛ).

Выше было отмечено, что блок временной коммутации состоит из двух блоков памяти: разговорной (информационной) и адресной (управляющей) с регистрами считывания (рис. 4.28).

Рис. 4.28 – Циклическая запись информации в ОЗУ и считывание по выбору

Разговорная память содержит число строк, равное числу используемых канальных интервалов (например, 32 или 512), а количество бит в каждой строке определяется способом модуляции коммутируемой информации, что для системы ИКМ составляет 8 бит. Адресная память содержит такое же число строк, как и информационная, разрядность слов в этих строках определяется общим числом временных каналов (при C = 512 она составляет log₂C = 9 бит). Работа блока ВК заключается в циклической записи всех информационных слов в порядке их поступления (т.е. в порядке следования каналов) и считывании этих слов во временном канале, заданном управляющей программой с помощью адресной памяти. Поэтому время пребывания информации в блоке ВК может колебаться в пределах от одного канального интервала до одного полного цикла, т.е. от 3,9 до 125 мкс для системы ИКМ. Программами маркера определяются адреса временных каналов, в которых должны считываться информационные слова из разговорной памяти. Для передачи 8-битовых информационных слов часто используется параллельная передача разрядов по восьми проводам, что позволяет сохранить скорость передачи слов и для передачи отдельных разрядов этих слов, но требует наличия преобразователей последовательных кодов в параллельные.

Если число временных интервалов, используемых в ВК, равно числу входов (выходов) системы, то можно приписать каждому канальному интервалу определенный выход и использовать такой ВК в качестве полнодоступной коммутационной системы без блокировок. Такие чисто временные КС находят применение в станциях малой и средней емкости (до нескольких тысяч входов и выходов). Например, используя элементы памяти типа МОП емкостью 4 или 16 К, можно построить временной коммутатор емкостью 4096x4096 или 8192x8192 соответственно. Факторами, лимитирующими емкость таких ВК, являются быстродействие используемых элементов памяти и требования к надежности системы. Согласно этим требованиям, отказ одного любого блока (в частности, блока КС) не должен разрушать более 256 соединений, а в некоторых случаях принимаются и более жесткие требования.

Сравнение блоков ПК и ВК

Эффективным средством уменьшения стоимости коммутационной схемы с ВРК является мультиплексирование возможно большего числа каналов, поскольку цифровая память много дешевле, чем цифровые точки коммутации (логические схемы «И»). Этим обстоятельством определяется основное преимущество временных коммутаторов перед пространственными. Сами по себе точки коммутации не столь дороги. Основные затраты приходятся на реализацию схем доступа и выбор точек коммутации со стороны внешних выводов. Недостаток блока ВК заключается в задержке коммутируемых сообщений в среднем на половину длительности цикла.

Рассмотренные принципы построения коммутационных блоков для ком­мутации каналов ИКМ, т.е. коммутационные однокаскадные блоки ПК и ВК, имеют ограниченное применение. Так, коммутационные блоки ПК невозможно использовать, когда требуется коммутировать разные временные позиции, а коммутационные блоки ВК можно использовать лишь на станциях малой емкости.

Многокаскадные коммутационные блоки позволяют снять указанные ограничения. Для удобства записи формул таких блоков принято вместо аббревиатур ПК и ВК использовать сокращения П и В соответственно.

Многоуровневый подход

Модель OSI

Физический уровень

Физический уровень (Physical layer) имеет дело с передачей битов по физическим каналам связи, таким, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой территориальный канал. К этому уровню имеют отношение характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие. На этом же уровне определяются характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, такую как крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме того, здесь стандартизируются типы разъемов и назначение каждого контакта.

Физический уровень:

- передача битов по физическим каналам ;

- формирование электрических сигналов ;

- кодирование информации;

- синхронизация ;

- модуляция.

Реализуется аппаратно.

Функции физического уровня реализуются во всех устройствах, подключенных к сети. Со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом.

Примером протокола физического уровня может служить спецификация 10Base-T технологии Ethernet, которая определяет в качестве используемого кабеля неэкранированную витую пару категории 3 с волновым сопротивлением 100 Ом, разъем RJ-45, максимальную длину физического сегмента 100 метров, манчестерский код для представления данных в кабеле, а также некоторые другие характеристики среды и электрических сигналов.

Канальный уровень

На физическом уровне просто пересылаются биты. При этом не учитывается, что в тех сетях, в которых линии связи используются (разделяются) попеременно несколькими парами взаимодействующих компьютеров, физическая среда передачи может быть занята. Поэтому одной из задач канального уровня ( Data Link layer ) является проверка доступности среды передачи. Другая задача канального уровня – реализация механизмов обнаружения и коррекции ошибок. Для этого на канальном уровне - биты группируются в наборы, называемые кадрами ( frames ). Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра помещая специальную последовательность бит в начало и конец каждого кадра, для его выделения, а также вычисляет контрольную сумму, обрабатывая все байты кадра определенным способом, и добавляет контрольную сумму к кадру. Когда кадр приходит по сети, получатель снова вычисляет контрольную сумму полученных данных и сравнивает результат с контрольной суммой из кадра. Если они совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же контрольные суммы не совпадают, то фиксируется ошибка. Канальный уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Необходимо отметить, что функция исправления ошибок для канального уровня не является обязательной, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует, например в Ethernet и frame relay.

Функции канального уровня

Надежная доставка пакета:

1. Между двумя соседними станциями в сети с произвольной топологией.

2. Между любыми станциями в сети с типовой топологией:

проверка доступности разделяемой среды;

выделение кадров из потока данных, поступающих по сети; формирование кадров при отправке данных;

подсчет и проверка контрольной суммы.

 

Реализуются программно-аппаратно.

 

В протоколах канального уровня, используемых в локальных сетях, заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Хотя канальный уровень и обеспечивает доставку кадра между любыми двумя узлами локальной сети, он это делает только в сети с определенной топологией связей, именно той топологией, для которой он был разработан. К таким типовым топологиям, поддерживаемым протоколами канального уровня локальных сетей, относятся "общая шина", "кольцо" и "звезда", а также структуры, полученные из них с помощью мостов и коммутаторов. Примерами протоколов канального уровня являются протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN.

В локальных сетях протоколы канального уровня используются компьютерами, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами. В компьютерах функции канального уровня реализуются совместными усилиями сетевых адаптеров и их драйверов.

В глобальных сетях, которые редко обладают регулярной топологией, канальный уровень часто обеспечивает обмен сообщениями только между двумя соседними компьютерами, соединенными индивидуальной линией связи. Примерами протоколов "точка-точка" (как часто называют такие протоколы) могут служить широко распространенные протоколы PPP и LAP-B. В таких случаях для доставки сообщений между конечными узлами через всю сеть используются средства сетевого уровня. Именно так организованы сети X.25. Иногда в глобальных сетях функции канального уровня в чистом виде выделить трудно, так как в одном и том же протоколе они объединяются с функциями сетевого уровня. Примерами такого подхода могут служить протоколы технологий ATM и frame relay.

В целом канальный уровень представляет собой весьма мощный набор функций по пересылке сообщений между узлами сети. В некоторых случаях протоколы канального уровня оказываются самодостаточными транспортными средствами, и тогда поверх них могут работать непосредственно протоколы прикладного уровня или приложения, без привлечения средств сетевого и транспортного уровней. Например, существует реализация протокола управления сетью SNMP непосредственно поверх Ethernet, хотя стандартно этот протокол работает поверх сетевого протокола IP и транспортного протокола UDP. Естественно, что применение такой реализации будет ограниченным – она не подходит для составных сетей разных технологий, например Ethernet и X.25, и даже для такой сети, в которой во всех сегментах применяется Ethernet, но между сегментами существуют петлевидные связи. А вот в двухсегментной сети Ethernet, объединенной мостом, реализация SNMP над канальным уровнем будет вполне работоспособна.

Тем не менее, для обеспечения качественной транспортировки сообщений в сетях любых топологий и технологий функций канального уровня оказывается недостаточно, поэтому в модели OSI решение этой задачи возлагается на два следующих уровня – сетевой и транспортный.

Канальный уровень обеспечивает передачу пакетов данных, поступающих от протоколов верхних уровней, узлу назначения, адрес которого также указывает протокол верхнего уровня. Протоколы канального уровня оформляют переданные им пакеты в кадры собственного формата, помещая указанный адрес назначения в одно из полей такого кадра, а также сопровождая кадр контрольной суммой. Протокол канального уровня имеет локальный смысл, он предназначен для доставки кадров данных, как правило, в пределах сетей с простой топологией связей и однотипной или близкой технологией, например в односегментных сетях Ethernet или же в многосегментных сетях Ethernet и Token Ring иерархической топологии, разделенных только мостами и коммутаторами. Во всех этих конфигурациях адрес назначения имеет локальный смысл для данной сети и не изменяется при прохождении кадра от узла-источника к узлу назначения. Возможность передавать данные между локальными сетями разных технологий связана с тем, что в этих технологиях используются адреса одинакового формата, к тому же производители сетевых адаптеров обеспечивают уникальность адресов независимо от технологии.

Другой областью действия протоколов канального уровня являются связи типа "точка-точка" глобальных сетей, когда протокол канального уровня ответственен за доставку кадра непосредственному соседу. Адрес в этом случае не имеет принципиального значения, а на первый план выходит способность протокола восстанавливать искаженные и утерянные кадры, так как плохое качество территориальных каналов, особенно коммутируемых телефонных, часто требует выполнения подобных действий. Если же перечисленные выше условия не соблюдаются, например связи между сегментами Ethernet имеют петлевидную структуру, либо объединяемые сети используют различные способы адресации, как в сетях Ethernet и X.25, то протокол канального уровня не может в одиночку справиться с задачей передачи кадра между узлами и требует помощи протокола сетевого уровня.

Сетевой уровень

Сетевой уровень ( Network layer ) служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей. Функции сетевого уровня достаточно разнообразны. Рассмотрим их на примере объединения локальных сетей.

Протоколы канального уровня локальных сетей обеспечивают доставку данных между любыми узлами только в сети с соответствующей типовой топологией, например топологией иерархической звезды. Это жесткое ограничение, которое не позволяет строить сети с развитой структурой, например сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Можно было бы усложнять протоколы канального уровня для поддержания петлевидных избыточных связей, но принцип разделения обязанностей между уровнями приводит к другому решению. Чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи данных для типовых топологий, а с другой – допустить использование произвольных топологий, вводится дополнительный сетевой уровень.

На сетевом уровне сам термин "сеть" наделяют специфическим значением. В данном случае под сетью понимается совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов канального уровня, определенный для этой топологии.

Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень, который и поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения даже в том случае, когда структура связей между составляющими сетями имеет характер, отличный от принятого в протоколах канального уровня.

Сети соединяются между собой специальными устройствами, называемыми маршрутизаторами. Маршрутизатор – это устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Чтобы передать сообщение от отправителя, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями, или хопов (от слова hop – прыжок), каждый раз выбирая подходящий маршрут. Таким образом, маршрут представляет собой последовательность маршрутизаторов, через которые проходит пакет.

Сетевой уровень – доставка пакета:

- между любыми двумя узлами сети с произвольной топологией;

- между любыми двумя сетями в составной сети ;

- сеть – совокупность компьютеров, использующих для обмена данными единую сетевую технологию;

- маршрут – последовательность прохождения пакетом маршрутизаторов в составной сети .

На рис. 2.8 показаны четыре сети, связанные тремя маршрутизаторами. Между узлами А и В данной сети пролегает два маршрута: первый – через маршрутизаторы 1 и 3, а второй – через маршрутизаторы 1, 2 и 3.

Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией, и ее решение является одной из главных задач сетевого уровня. Эта проблема осложняется тем, что самый короткий путь – не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных; оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может с течением времени изменяться. Некоторые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению нагрузки, в то время как другие принимают решения на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, таким как надежность передачи.

Рис. 2.8. Пример составной сети.

В общем случае функции сетевого уровня шире, чем функции передачи сообщений по связям с нестандартной структурой, которые мы рассмотрели на примере объединения нескольких локальных сетей. Сетевой уровень также решает задачи согласования разных технологий, упрощения адресации в крупных сетях и создания надежных и гибких барьеров на пути нежелательного трафика между сетями.

Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами ( packet ). При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие "номер сети". В этом случае адрес получателя состоит из старшей части – номера сети и младшей – номера узла в этой сети. Все узлы одной сети должны иметь одну и ту же старшую часть адреса, поэтому термину "сеть" на сетевом уровне можно дать и другое, более формальное, определение: сеть – это совокупность узлов, сетевой адрес которых содержит один и тот же номер сети.

На сетевом уровне определяется два вида протоколов. Первый вид – сетевые протоколы (routed protocols) – реализуют продвижение пакетов через сеть. Именно эти протоколы обычно имеют в виду, когда говорят о протоколах сетевого уровня. Однако часто к сетевому уровню относят и другой вид протоколов, называемых протоколами обмена маршрутной информацией или просто протоколами маршрутизации (routing protocols). С помощью этих протоколов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсетевых соединений. Протоколы сетевого уровня реализуются программными модулями операционной системы, а также программными и аппаратными средствами маршрутизаторов.

На сетевом уровне работают протоколы еще одного типа, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети. Такие протоколы часто называют протоколами разрешения адресов – Address Resolution Protocol, ARP . Иногда их относят не к сетевому уровню, а к канальному, хотя тонкости классификации не изменяют сути.

Примерами протоколов сетевого уровня являются протокол межсетевого взаимодействия IP стека TCP/IP и протокол межсетевого обмена пакетами IPX стека Novell.

Транспортный уровень

На пути от отправителя к получателю пакеты могут быть искажены или утеряны. Хотя некоторые приложения имеют собственные средства обработки ошибок, существуют и такие, которые предпочитают сразу иметь дело с надежным соединением. Транспортный уровень ( Transport layer ) обеспечивает приложениям или верхним уровням стека – прикладному и сеансовому – передачу данных с той степенью надежности, которая им требуется. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Эти виды сервиса отличаются качеством предоставляемых услуг: срочностью, возможностью восстановления прерванной связи, наличием средств мультиплексирования нескольких соединений между различными прикладными протоколами через общий транспортный протокол, а главное – способностью к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

Выбор класса сервиса транспортного уровня определяется, с одной стороны, тем, в какой степени задача обеспечения надежности решается самими приложениями и протоколами более высоких, чем транспортный, уровней, а с другой стороны, зависит от того, насколько надежной является система транспортировки данных в сети, обеспечиваемая уровнями, расположенными ниже транспортного – сетевым, канальным и физическим. Так, например, если качество каналов передачи связи очень высокое, и вероятность наличия ошибок, не обнаруженных протоколами более низких уровней, невелика, стоит воспользоваться одним из облегченных сервисов транспортного уровня, не обремененных многочисленными проверками, квитированием и другими приемами повышения надежности. Если же транспортные средства нижних уровней изначально очень ненадежны, то целесообразно обратиться к наиболее развитому сервису транспортного уровня, который работает, используя максимум средств для обнаружения и устранения ошибок, – с помощью предварительного установления логического соединения, отслеживания доставки сообщений по контрольным суммам и циклической нумерации пакетов, установления тайм-аутов доставки и т. п.

Транспортный уровень – обеспечение доставки информации с требуемым качеством между любыми узлами сети:

- разбивка сообщения сеансового уровня на пакеты, их нумерация ;

- буферизация принимаемых пакетов ;

- упорядочивание прибывающих пакетов ;

- адресация прикладных процессов ;

- управление потоком.

Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети – компонентами их сетевых операционных систем. В качестве примера транспортных протоколов можно привести протоколы TCP и UDP стека TCP/IP и протокол SPX стека Novell.

Протоколы четырех нижних уровней обобщенно называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой, так как они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в составных сетях с произвольной топологией и различными технологиями. Остальные три верхних уровня решают задачи предоставления прикладных сервисов на основании имеющейся транспортной подсистемы.

Сеансовый уровень

Сеансовый уровень ( Session layer ) обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все сначала. На практике немногие приложения используют сеансовый уровень, и он редко реализуется в виде отдельных протоколов, хотя функции этого уровня часто объединяют с функциями прикладного уровня и реализуют в одном протоколе.

Сеансовый уровень – управление диалогом объектов прикладного уровня:

- установление способа обмена сообщениями ( дуплексный или полудуплексный );

- синхронизация обмена сообщениями;

- организация " контрольных точек " диалога.

Представительный уровень

Представительный уровень ( Presentation layer ) имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. За счет уровня представления информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов, например в кодах ASCII и EBCDIC. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, благодаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для всех прикладных служб. Примером такого протокола является протокол Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообщениями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP.

Уровень представления – согласовывает представление (синтаксис) данных при взаимодействии двух прикладных процессов:

- преобразование данных из внешнего формата во внутренний;

- шифрование и расшифровка данных.

Прикладной уровень

Прикладной уровень ( Application layer ) – это в действительности просто набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, таким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют совместную работу, например с помощью протокола электронной почты. Единица данных, которой оперирует прикладной уровень, обычно называется сообщением ( message ).

Прикладной уровень – набор всех сетевых сервисов, которые предоставляет система конечному пользователю:

- идентификация, проверка прав доступа;

- принт- и файл-сервис, почта, удаленный доступ...

Существует очень много различных служб прикладного уровня. Приведем в качестве примера хотя бы несколько наиболее распространенных реализаций файловых служб: NCP в операционной системе Novell NetWare, SMB в Microsoft Windows NT, NFS, FTP и TFTP, входящие в стек TCP/IP.

Коммутация каналов

При коммутации каналов коммутационная сеть образует между конечными узлами непрерывный составной физический канал из последовательно соединенных коммутаторами промежуточных канальных участков. Условием того, что несколько физических каналов при последовательном соединении образуют единый физический канал, является равенство скоростей передачи данных в каждом из составляющих физических каналов. Равенство скоростей означает, что коммутаторы такой сети не должны буферизовать передаваемые данные.

В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал. И только после этого можно начинать передавать данные.

Например, если сеть, изображенная на рис. 3.1, работает по технологии коммутации каналов, то узел 1, чтобы передать данные узлу 7, сначала должен передать специальный запрос на установление соединения коммутатору A, указав адрес назначения 7. Коммутатор А должен выбрать маршрут образования составного канала, а затем передать запрос следующему коммутатору, в данном случае E. Затем коммутатор E передает запрос коммутатору F, а тот, в свою очередь, передает запрос узлу 7. Если узел 7 принимает запрос на установление соединения, он направляет по уже установленному каналу ответ исходному узлу, после чего составной канал считается скоммутированным, и узлы 1 и 7 могут обмениваться по нему данными.

Рис. 3.2. Установление составного канала

Техника коммутации каналов имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинства коммутации каналов:

1. Постоянная и известная скорость передачи данных по установленному между конечными узлами каналу. Это дает пользователю сети возможности на основе заранее произведенной оценки необходимой для качественной передачи данных пропускной способности установить в сети канал нужной скорости.

2. Низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть. Это позволяет качественно передавать данные, чувствительные к задержкам (называемые также трафиком реального времени) – голос, видео, различную технологическую информацию.

Недостатки коммутации каналов:

1. Отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения. Такая ситуация может сложиться из-за того, что на некотором участке сети соединение нужно установить вдоль канала, через который уже проходит максимально возможное количество информационных потоков. Отказ может случиться и на конечном участке составного канала – например, если абонент способен поддерживать только одно соединение, что характерно для многих телефонных сетей. При поступлении второго вызова к уже разговаривающему абоненту сеть передает вызывающему абоненту короткие гудки – сигнал "занято".

2. Нерациональное использование пропускной способности физических каналов. Та часть пропускной способности, которая отводится составному каналу после установления соединения, предоставляется ему на все время, т.е. до тех пор, пока соединение не будет разорвано. Однако абонентам не всегда нужна пропускная способность канала во время соединения, например в телефонном разговоре могут быть паузы, еще более неравномерным во времени является взаимодействие компьютеров. Невозможность динамического перераспределения пропускной способности представляет собой принципиальное ограничение сети с коммутацией каналов, так как единицей коммутации здесь является информационный поток в целом.

3. Обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения.

Достоинства и недостатки любой сетевой технологии относительны. В определенных ситуациях на первый план выходят достоинства, а недостатки становятся несущественными. Так, техника коммутации каналов хорошо работает в тех случаях, когда нужно передавать только трафик телефонных разговоров. Здесь с невозможностью "вырезать" паузы из разговора и более рационально использовать магистральные физические каналы между коммутаторами можно мириться. А вот при передаче очень неравномерного компьютерного трафика эта нерациональность уже выходит на первый план.

Коммутация пакетов

Эта техника коммутации была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Первые шаги на пути создания компьютерных сетей на основе техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети. Типичные сетевые приложения генерируют трафик очень неравномерно, с высоким уровнем пульсации скорости передачи данных. Например, при обращении к удаленному файловому серверу пользователь сначала просматривает содержимое каталога этого сервера, что порождает передачу небольшого объема данных. Затем он открывает требуемый файл в текстовом редакторе, и эта операция может создать достаточно интенсивный обмен данными, особенно если файл содержит объемные графические включения. После отображения нескольких страниц файла пользователь некоторое время работает с ними локально, что вообще не требует передачи данных по сети, а затем возвращает модифицированные копии страниц на сервер – и это снова порождает интенсивную передачу данных по сети.

Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отношению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может достигать 1:50 или даже 1:100. Если для описанной сессии организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать. В то же время коммутационные возможности сети будут закреплены за данной парой абонентов и будут недоступны другим пользователям сети.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Напомним, что сообщением называется логически завершенная порция данных – запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл и т.д. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета на узел назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения (рис. 3.3). Пакеты транспортируются по сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге – узлу назначения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета (рис. 3.3).

 

Рис. 3.3. Разбиение сообщения на пакеты

В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсацию трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым наиболее эффективно использовать их для повышения пропускной способности сети в целом.

Действительно, для пары абонентов наиболее эффективным было бы предоставление им в единоличное пользование скоммутированного канала связи, как это делается в сетях с коммутацией каналов. В таком случае время взаимодействия этой пары абонентов было бы минимальным, так как данные без задержек передавались бы от одного абонента другому. Простои канала во время пауз передачи абонентов не интересуют, для них важно быстрее решить свою задачу. Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов, так как их пакеты могут ожидать в коммутаторах, пока по магистральным связям передаются другие пакеты, пришедшие в коммутатор ранее.

Тем не менее, общий объем передаваемых сетью компьютерных данных в единицу времени при технике коммутации пакетов будет выше, чем при технике коммутации каналов. Это происходит потому, что пульсации отдельных абонентов в соответствии с законом больших чисел распределяются во времени так, что их пики не совпадают. Поэтому коммутаторы постоянно и достаточно равномерно загружены работой, если число обслуживаемых ими абонентов действительно велико. На рис. 3.4 показано, что трафик, поступающий от конечных узлов на коммутаторы, распределен во времени очень неравномерно.

Рис. 3.4. Сглаживание пульсаций трафика в сети с коммутацией пакетов

Однако коммутаторы более высокого уровня иерархии, которые обслуживают соединения между коммутаторами нижнего уровня, загружены более равномерно, и поток пакетов в магистральных каналах, соединяющих коммутаторы верхнего уровня, имеет почти максимальный коэффициент использования. Буферизация сглаживает пульсации, поэтому коэффициент пульсации на магистральных каналах гораздо ниже, чем на каналах абонентского доступа – он может быть равным 1:10 или даже 1:2.

Более высокая эффективность сетей с коммутацией пакетов по сравнению с сетями с коммутацией каналов (при равной пропускной способности каналов связи) была доказана в 60-е годы как экспериментально, так и с помощью имитационного моделирования. Здесь уместна аналогия с мультипрограммными операционными системами. Каждая отдельная программа в такой системе выполняется дольше, чем в однопрограммной системе, когда программе выделяется все процессорное время, пока ее выполнение не завершится. Однако общее число программ, выполняемых за единицу времени, в мультипрограммной системе больше, чем в однопрограммной.

Сеть с коммутацией пакетов замедляет процесс взаимодействия конкретной пары абонентов, но повышает пропускную способность сети в целом.

Задержки в источнике передачи:

- время на передачу заголовков ;

- задержки, вызванные интервалами между передачей каждого следующего пакета.

Задержки в каждом коммутаторе:

- время буферизации пакета ;

- время коммутации, которое складывается из:

- времени ожидания пакета в очереди (переменная величина);

- времени перемещения пакета в выходной порт.

Достоинства коммутации пакетов

1. Высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика.

2. Возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи между абонентами в соответствии с реальными потребностями их трафика.

Недостатки коммутации пакетов

1. Неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети, обусловленная тем, что задержки в очередях буферов коммутаторов сети зависят от общей загрузки сети.

2. Переменная величина задержки пакетов данных, которая может быть достаточно продолжительной в моменты мгновенных перегрузок сети.

3. Возможные потери данных из-за переполнения буферов.

В настоящее время активно разрабатываются и внедряются методы, позволяющие преодолеть указанные недостатки, которые особенно остро проявляются для чувствительного к задержкам трафика, требующего при этом постоянной скорости передачи. Такие методы называются методами обеспечения качества обслуживания (Quality of Service, QoS).

Сети с коммутацией пакетов, в которых реализованы методы обеспечения качества обслуживания, позволяют одновременно передавать различные виды трафика, в том числе такие важные как телефонный и компьютерный. Поэтому методы коммутации пакетов сегодня считаются наиболее перспективными для построения конвергентной сети, которая обеспечит комплексные качественные услуги для абонентов любого типа. Тем не менее, нельзя сбрасывать со счетов и методы коммутации каналов. Сегодня они не только с успехом работают в традиционных телефонных сетях, но и широко применяются для образования высокоскоростных постоянных соединений в так называемых первичных (опорных) сетях технологий SDH и DWDM, которые используются для создания магистральных физических каналов между коммутаторами телефонных или компьютерных сетей. В будущем вполне возможно появление новых технологий коммутации, в том или ином виде комбинирующих принципы коммутации пакетов и каналов.

Коммутация сообщений

Коммутация сообщений по своим принципам близка к коммутации пакетов. Под коммутацией сообщений понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске каждого компьютера. Сообщение в отличие от пакета имеет произвольную длину, которая определяется не технологическими соображениями, а содержанием информации, составляющей сообщение.

Транзитные компьютеры могут соединяться между собой как сетью с коммутацией пакетов, так и сетью с коммутацией каналов. Сообщение (это может быть, например, текстовый документ, файл с кодом программы, электронное письмо) хранится в транзитном компьютере на диске, причем довольно продолжительное время, если компьютер занят другой работой или сеть временно перегружена.

По такой схеме обычно передаются сообщения, не требующие немедленного ответа, чаще всего сообщения электронной почты. Режим передачи с промежуточным хранением на диске называется режимом "хранения-и-передачи" (store-and-forward).

Режим коммутации сообщений разгружает сеть для передачи трафика, требующего быстрого ответа, например трафика службы WWW или файловой службы.

Количество транзитных компьютеров обычно стараются уменьшить. Если компьютеры подключены к сети с коммутацией пакетов, то число промежуточных компьютеров уменьшается до двух. Например, пользователь передает почтовое сообщение своему серверу исходящей почты, а тот сразу старается передать его серверу входящей почты адресата. Но если компьютеры связаны между собой телефонной сетью, то часто используется несколько промежуточных серверов, так как прямой доступ к конечному серверу может быть в данный момент невозможен из-за перегрузки телефонной сети (абонент занят) или экономически невыгоден из-за высоких тарифов на дальнюю телефонную связь.

Техника коммутации сообщений появилась в компьютерных сетях раньше техники коммутации пакетов, но потом была вытеснена последней, как более эффективной по критерию пропускной способности сети. Запись сообщения на диск занимает достаточно много времени, и кроме того, наличие дисков предполагает использование в качестве коммутаторов специализированных компьютеров, что влечет за собой существенные затраты на организацию сети.

Сегодня коммутация сообщений работает только для некоторых не оперативных служб, причем чаще всего поверх сети с коммутацией пакетов, как служба прикладного уровня.

Таблица 3.1 – Сравнение коммутации каналов и коммутации пакетов

Коммутация каналов	Коммутация пакетов
Гарантированная пропускная способность (полоса) для взаимодействующих абонентов	Пропускная способность сети для абонентов неизвестна, задержки передачи носят случайный характер
Сеть может отказать абоненту в установлении соединения	Сеть всегда готова принять данные от абонента
Трафик реального времени передается без задержек	Ресурсы сети используются эффективно при передаче пульсирующего трафика
Адрес используется только на этапе установления соединения	Адрес передается с каждым пакетом

Дейтаграммная передача

В сетях с коммутацией пакетов сегодня применяется два класса механизмов передачи пакетов:

- дейтаграммная передача;

- виртуальные каналы.

Примерами сетей, реализующих дейтаграммный механизм передачи, являются сети Ethernet, IP и IPX. С помощью виртуальных каналов передают данные сети X.25, frame relay и ATM. Сначала мы рассмотрим базовые принципы дейтаграммного подхода.

Дейтаграммный способ передачи данных основан на том, что все передаваемые пакеты обрабатываются независимо друг от друга, пакет за пакетом. Принадлежность пакета к определенному потоку между двумя конечными узлами и двумя приложениями, работающими на этих узлах, никак не учитывается.

Выбор следующего узла – например, коммутатора Ethernet или маршрутизатора IP/IPX – происходит только на основании адреса узла назначения, содержащегося в заголовке пакета. Решение о том, какому узлу передать пришедший пакет, принимается на основе таблицы, содержащей набор адресов назначения и адресную информацию, однозначно определяющую следующий (транзитный или конечный) узел. Такие таблицы имеют разные названия – например, для сетей Ethernet они обычно называются таблицей продвижения (forwarding table), а для сетевых протоколов, таких как IP и IPX, – таблицами маршрутизации (routing table). Далее для простоты будем пользоваться термином "таблица маршрутизации" в качестве обобщенного названия такого рода таблиц, используемых для дейтаграммной передачи на основании только адреса назначения конечного узла.

В таблице маршрутизации для одного и того же адреса назначения может содержаться несколько записей, указывающих, соответственно, на различные адреса следующего маршрутизатора. Такой подход используется для повышения производительности и надежности сети. В примере на рис. 3.8 пакеты, поступающие в маршрутизатор R1 для узла назначения с адресом N2, А2, в целях баланса нагрузки распределяются между двумя следующими маршрутизаторами – R2 и R3, что снижает нагрузку на каждый из них, а значит, уменьшает очереди и ускоряет доставку.

Рис. 3.8. Дейтаграммный принцип передачи пакетов

Некоторая "размытость" путей следования пакетов с одним и тем же адресом назначения через сеть является прямым следствием принципа независимой обработки каждого пакета, присущего дейтаграммным протоколам. Пакеты, следующие по одному и тому же адресу назначения, могут добираться до него разными путями и вследствие изменения состояния сети, например отказа промежуточных маршрутизаторов.

Такая особенность дейтаграммного механизма как размытость путей следования трафика через сеть также в некоторых случаях является недостатком. Например, если пакетам определенной сессии между двумя конечными узлами сети необходимо обеспечить заданное качество обслуживания. Современные методы поддержки QoS работают эффективней, когда трафик, которому нужно обеспечить гарантии обслуживания, всегда проходит через одни и те же промежуточные узлы.

Обзор методов коммутации

Под коммутацией (Switching) в сетях связи понимают метод выбора на­правления передачи данных [1]. Основой технологии сети с маршрутизацией данных является использование коммутации. В зависимости от задач, по­ставленных перед коммуникационной сетью, используют несколько методов коммутации (табл. 3.1) [26, с. 12].

Режимы коммутации каналов, указанные в левой части таблицы, отличаются простотой, лучше приспособлены для обеспечения источников с постоянной скоростью передачи.

Таблица 3.1

Методы коммутации в СПД

Коммутация каналов	Многоскоростная коммутация каналов	Быстрая коммутация каналов	Асинхронный режим передачи	Быстрая коммутация пакетов	Frame Relay	Коммутация пакетов
КК	МСКК	БКК	ATM	БКП	FR	КП

При движении по таблице вправо возрастает сложность обработки в узлах коммутации, но возрастает и возможность использования источников с изменяющейся скоростью передачи и большой пачечностью – отношением среднего времени сеанса связи к среднему времени передачи информации.

Ретрансляция кадров

Ретрансляция кадров (Frame Relay) [1] – технология аппаратной ско­ростной коммутации данных. Ретрансляция кадров отличается от коммутации пакетов тем, что в рассматриваемом случае в коммуникационной сети отсутствуют пакеты. Фрагменты данных, передаваемые прикладным процессом, помещаются непосредственно в кадры, которые передаются не только между смежными системами, но и ретранслируются через всю коммуникационную сеть.

Передача больших потоков информации через коммуникационную сеть потребовала резкого увеличения скоростей передачи данных. В результате появились сети ретрансляции кадров. Технология ретрансляции заключается в сквозной коммутации, обеспечивающей аппаратное распределение в каждом узле интегральной коммутации проходящих кадров по адресам их назначения. При этом в промежуточных узлах коммутации ради получения высоких скоростей не осуществляется контроль достоверности и целостности данных, он возлагается на оконечные узлы коммутации. Последние создают на канальном уровне соединения и управляют потоками данных, выявляют и исправляют ошибки.

В узлах интегральной коммутации над канальным и физическим уровнем располагаются канальные процессы, связывающие каналы передачи данных. При возникающих ошибках и перегрузках узлы выбрасывают мешающие им кадры. Сетевого уровня здесь нет.

Ретрансляция кадров обеспечивает передачу данных в реальном времени. На физическом уровне ретрансляция поддерживается временным муль­типлексированием (TDM). Контроль и устранение ошибок, возникающих при передаче данных через коммуникационную сеть, осуществляются на транс­портном уровне. Кадры имеют специальный заголовок, определяемый иден­тификатором соединения канала передачи данных (DLCI).

Основные показатели ISDN

Цифровая сеть с интегрированным обслуживанием (ЦСИО) широко из­вестна в мире под аббревиатурой ISDN (Integrated Services Digital Network). ISDN предполагает такой способ оцифровывания сигналов телефонной сети, чтобы голос, информация, текст, графические изображения, музыка, видео­сигналы и другие материальные сообщения могли быть переданы конечному пользователю по имеющимся телефонным проводам и получены им из одного терминала конечного пользователя.

Термин ISDN появился впервые в списке терминов Оранжевой книги ССIТТ (МСЭ-Т). Разработка ISDN продолжалась так долго, что скептики стали расшифровывать аббревиатуру как «I still do not need it» – «Я до сих пор в этом не нуждаюсь», «It still does nothing» – «Это до сих пор ничто» [24, с. 158]. В 80-е гг. данная технология по целому ряду причин, в частности, из-за проблем совместимости и дороговизны оборудования, развивалась очень вяло. Но в начале 90-х гг. практический интерес к ней значительно вырос. В Германии, США, Японии, Франции, Англии было установлено значительное количество линий ISDN. Так, в США в 1995 г. количество линий ISDN увеличилось на 80 % и составило 450 тыс. Примерно такая же тенденция существует и в Европе, где на сегодняшний день установлено более 5 млн линий ISDN.

Основой ISDN является цифровая телефонная сеть, т.е. сеть на базе циф­ровых телефонных каналов 64 кбит/с, поэтому ISDN – сеть с коммутацией каналов, однако в ней также предусмотрен режим коммутации пакетов, т.е. коммутация – смешанная.

Используются два режима доступа к ISDN:

1) режим DSL (Digital Subscriber Line – цифровая абонентская линия);

2) режим xDSL (Extended DSL – расширенная цифровая линия).

В режиме DSL используется основной (базовый) доступ BRA (Basic Rate Access), обеспечивающий интерфейс базового доступа BRI (Basic Rate Interface) в виде одной точки доступа к ISDN. Он обозначается как (2B₆₄+D₁₆), т.к. состоит из двух каналов информационного обмена (В-каналов – Bearer) и одного канала служебных данных (D-канала – Delta). B-канал работает со скоростью 64 Кбит/с и является открытым, то есть нет ограничений на форматы и типы передаваемой информации. D-канал работает со скоростью 16 Кбит/с и используется для передачи сигналов служебной информации.

В режиме xDSL используется первичный доступ PRA (Primary Rate Access), обеспечивающий интерфейс первичного доступа PRI (Primary Rate Interface), используемый для подключения к ISDN групп пользователей ло­кальных сетей, учрежденческих АТС и других многопользовательских ком­мутационных систем.

Согласно североамериканскому стандарту (США, Канада, Мексика, Япо­ния, Южная Корея), PRI формируется из 23 B-каналов и одного D-канала с равными скоростями 64 Кбит/c согласно формуле (23B₆₄+D₆₄), что соответствует суммарной пропускной способности 1,544 Мбит/с. Данная скорость соответствует скорости потока американской версии плезиохронной иерархии Т1 (число 1,544 Мбит/с получается с учетом синхронизирующего бита в кадре:

(1+24∙8) ∙ 8 ∙ 10³ = 1544 Кбит/с).

По европейскому стандарту PRI состоит из 30В и 1D. Суммарная про­пускная способность 2,048 Мбит/с (30B₆₄+D₆₄).

В связи с большой пропускной способностью в PRI определены и другие типы основных каналов – каналы типа H (High-bit-rate channels):

В качестве вспомогательных каналов определены:

Тип канала     Протокол сигнализации  Скорость цифрового потока

D      МККТТ I.440 и I.441              16 и 64 кбит/с

E      Q.710                                  64 кбит/с

Таким образом, стандарты ITU-T определяют для ISDN четыре типа ка­налов: B, D, E, H.

Абонентские каналы объединяются интерфейсными структурами. Раз­личают следующие первичные интерфейсные структуры:

23B + D     23B + E     3H0 + D     H11 + D

30B + D     30B + E     5H0 + D     H12 + D

Службы ISDN

Виды сервиса, предоставляемые ISDN, подразделяются на опорный сер­вис и телесервис (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Виды сервиса ISDN

1. Опорный сервис (Bearer Service) или службы передачи данных (используются 1, 2, 3 уровни ЭМВОС)
а) при коммутации каналов: ¾ коммутируемые каналы; ¾ выделенные каналы (постоянная передача) 64 кбит/с, 2 ∙ 64 кбит/с; ¾ широковещательные (речь 7кГц); ¾ данные 64 кбит/с, 384 кбит/с;	б) при коммутации пакетов: ¾ виртуальный вызов, виртуальный канал; ¾ передача без установления соединений; ¾ сигнализация; ¾ маршрутизация;
2. Телесервис (Teleservice) или сетевые службы (используются все 7 уровней ЭМВОС)
¾ телефония в реальном времени; ¾ телетекс (простейшая разновидность электронной почты: текстовые доку­менты, обмен между запоминающими устройствами абонентских систем); алфавит содержит до 225 различных символов); ¾ телефакс (факсимильная связь групп 2, 3, 4); ¾ текстфакс (смешанная передача (текст + факс)); ¾ видеотекс [служба доступа терминалов к базам данных (электронная почта и поиск информации)]; ¾ телекс (передача текстов).

 

Сети ISDN могут предоставить дополнительные услуги (Value Added Service):

· конференцсвязь – многосторонняя связь;

· профессиональный сервис – организация закрытой группы абонентов определенной группы пользователей. В сетях ISDN существует специальный сервис под названием Centrex, с помощью которого компании, не располага­ющие офисной АТС, могут предоставлять пользователям широкий набор услуг, например создание групп абонентов, переадресацию звонков, иденти­фикацию линий, конференции нескольких абонентов, внутреннюю сокращенную нумерацию и т.п;

· оплата сервиса с помощью компьютерной или магнитной карточки;

· оплата в кредит;

· различные виды переадресации вызовов;

· перехват вызова;

· автодозвон после освобождения занятой линии;

· предоставление отдельного номера для каждого устройства, подклю­ченного к линии ISDN;

· определение номера, с которого осуществляется входящий вызов – АОН;

· запрет как входящего, так и исходящего вызовов;

· наведение справки во время разговора – удержание вызова;

· будильник;

· идентификация следующего вызова во время разговора – ожидание вызова;

· прямой вызов абонента под добавочным номером, минуя оператора мини-АТС;

· голосовая почта;

· соединение с абонентом, звонившим во время разговора или при отсут­ствии вызываемого, т.е. после очередного поднятия трубки.

· прочий сервис (например, обмен сигналами между пользователями).

 

Доступ BRA

Схема оборудования, устанавливаемого у абонента, использующего по­ток (2B+D), показана на рис. 5.15.

NT1 имеет разъем для пассивной шины S₀. К этой шине заказчик может подсоединить до восьми ISDN-телефонов, терминалов и других устройств аналогично тому, как подобные устройства подключаются к локальной сети. С точки зрения пользователя, сеть ISDN начинается с NT1, причем NT1 получает питание от общей сети переменного тока, однако некоторые из них имеют встроенные аккумуляторы, чтобы телефонная связь не прерывалась во время сбоев питания. Из четырех пар кабеля шины S₀ две предназначены для передачи данных, а две – для подачи питания на ISDN-телефоны и другие подключенные устройства.

 

Рис. 5.15 – Опорные точки абонентского оборудования ISDN BRA

Внешние источники питания могут быть двух видов: на 10-12 В и на 2 В. Первые достаточны для питания NT1 и подключенного к нему терминального оборудования, вторые обеспечивают только питание самого NT1. В чрезвычайных обстоятельствах NT1 может получать питание до 1,2 В от АТС.

Физически NT1 представляет собой небольшое, крепящееся к стене уст­ройство со световыми индикаторами. В случае использования нескольких BRI все NT1 можно установить в специальную стойку со встроенным источником питания. Иногда NT1 встраивается в терминальный адаптер. В этом случае полученное комбинированное устройство позволяет подключать стандартный COM-порт EIA-232 к ISDN-интерфейсу U с базовой скоростью BRI.

С помощью протокола объединения каналов типа BONDING (Bandwidth- on-Demand Interoperability Group) два канала B линии BRI могут быть объе­динены (технология BOND). Другим протоколом увеличения пропускной спо­собности может служить многоканальный PPP. При этом базовый интерфейс обмена позволяет достичь скорости передачи несжатых данных в 128 кбит/с.

Доступ к Internet можно осуществлять через канал пропускной способ­ностью 64 Кбит/с либо, применив BOND, получить канал пропускной способ­ностью 128 Кбит/с и организовать по нему видеоконференцию среднего каче­ства. При этом канал D можно также использовать, например, для проверки платежеспособности кредитной карточки.

Удаленный пользователь может подключаться к сети через маршрути­затор, обеспечивающий передачу данных на домашний офис по коммутируе­мой линии со скоростью 128 Кбит/с. При этом канал связи с удаленным рабочим местом устанавливается по требованию пользователя и отключается, когда передачи данных не происходит. Таким образом, удаленный пользователь получает высокоскоростной канал связи по цене, составляющей всего лишь небольшую долю стоимости линии.

Возможна также и следующая конфигурация: на удаленном рабочем месте аппарат факсимильной связи и обычный телефон подключаются к одному каналу B, другой же канал B служит для связи с сетевым адаптером ISDN и программным обеспечением NDIS и PPP.

Еще один вариант – подключение одного канала B к маршрутизатору и использование его для связи с Internet. При этом второй канал B может применяться для эмуляции линии DID (Direct Inward Dialing) или для подключения к входной/выходной обычной телефонной линии сервера удаленного доступа.

Получение услуг ISDN на дому возможно при следующих условиях:

· изъятии нагружающих индукционных катушек (как правило, они применяются на линиях протяженностью порядка 4-5 км и более);

· установке цифровых эхоподавителей на обоих концах линии;

· прокладке высококачественного телефонного кабеля;

· применении усилителей ISDN-сигнала.

Варианты доступа к сети ISDN

Кроме базового доступа BRA существует первичный доступ PRA (рис. 5.16). Здесь функция NT2 реализуется либо с помощью учрежденческой АТС (PABX), либо с помощью мультиплексора ISDN (IMUX).

Для объединения удаленных локальных сетей (ЛС) на основе ISDN можно использовать постоянные каналы и каналы по требованию.

Рис. 5.16 – Основные варианты абонентского доступа к сети ISDN

В первом случае имеется постоянное соединение между офисами, без учета объемов передаваемой информации. Во втором случае – физическое соединение при отсутствии пакетов разрывается, однако логическое соединение остается, информация об удаленной ЛС сохраняется в устройстве. При появлении информации, которую нужно передать в удаленную ЛС, устройство автоматически набирает номер и в течение 1 с устанавливает физическое соединение.

Для объединения ЛС на основе сети ISDN в качестве устройств доступа обычно применяются активные или пассивные адаптеры ISDN, которые устанавливаются в файловый сервер, выделенный маршрутизатор или обычную рабочую станцию. Другим вариантом решения является применение аппаратных мостов или маршрутизаторов, выполненных в виде автономных устройств, подключенных к ЛС.

Если нет возможности увеличить количество BRI-каналов, проблема ре­шается с помощью программных или аппаратных средств, реализующих тех­нологию дистанционного управления. В этом случае в центральной ЛС уста­навливается сервер удаленного доступа (RAS), например WinFrame фирмы Citrix. Две удаленные ЛС объединяются с помощью маршрутизаторов на вы­деленных компьютерах либо с использованием специальных автономных мо­стов/маршрутизаторов. При этом каждый удаленный компьютер подключается в режиме дистанционного управления к соответствующей виртуальной станции на RAS. По линии ISDN на удаленный компьютер передается только обновление экрана, а обратно – команды управления с клавиатуры или от мыши. Таким образом удается более эффективно разделять линию ISDN между большим количеством пользователей. При организации связи между несколькими удаленными ЛС часто требуется обеспечить повышенную надежность соединения. Многие организации используют каналы ISDN в качестве резервных для линий связи, например frame relay, или выделенных физических линий.

Сигнализация в ISDN

Системы сигнализации в ISDN подразделяется на две группы (рис. 5.17):

· абонентская сигнализация DSS1 (Digital Subscriber Signaling System № 1);

· межстанционная общеканальная сигнализация ОКС-7 (CCS 7 – Common Channel Signaling №7, или SS7 – Signaling System № 7).

Рис. 5.17 – Системы сигнализации в ISDN

Система DSS1 включает 3 уровня ЭМВОС (рис. 5.18).

Третий уровень отправляет и получает сообщения для установления со­единения и разъединения. Инициализация уровня производится командой SETUP.

Второй уровень отвечает за безошибочную передачу сообщений с 3-го уровня от пользователя к сети по схеме «точка – точка».

Рис. 5.18 – Уровни ЭМВОС системы DSS1

Первый уровень отправляет и получает биты. Протокол содержит две части: 1) для участка «абонент – NT1»; 2) для участка «NT1 – станция».

Первый уровень (серии I и Q). Функции, решаемые первым уровнем:

1) формирование линейного кода,

2) формирование структуры кадра,

3) синхронизация.

Рассмотрим функции уровней подробнее.

Форматы блока данных физического уровня ISDN различаются в зави­симости от того, является ли блок данных отправляемым из терминала в сеть (от TE к NT) или входящим из сети в терминал (от NT к TE) (рис. 5.19). Длина блоков данных равна 48 битам, из которых 36 бит (биты В1, В2 и D) предназначены для данных пользователя.

Рис. 5.19 – Форматы блоков данных в абонентской шине (интерфейс S):

F – бит кадровой синхронизации;

L – бит балансировки постоянной составляющей;

E – бит-эхо D-канала;

A – бит активации (по инициативе TE или NT), деактивация производится сетью;

F_A – бит компенсации нарушений кода AMI;

N – бит, значение которого противоположно значению бита F_A;

M – бит выделения сверхкадров;

S – резервный бит

Первыми битами кадра является пара F/L, нарушающая правила чере­дования полярностей импульсов в коде AMI. Это нарушение компенсируется битом F_A. Бит D, полученный из ТЕ, заносится в соседнее поле Е (эхо-сигнал). Если содержимое Е отлично от D, то ТЕ немедленно прекращает передачу. Этим предотвращаются конфликты в канале связи в случае, когда несколько терминалов на одной пассивной шине претендуют на один канал.

Терминалы не могут передавать сигналы в D-канал до тех пор, пока они не распознают специальный код (указывающий на отсутствие сигнала), соот­ветствующий заранее установленному приоритету.

После успешной передачи D-сообщения приоритет этого терминала ста­новится более низким. Приоритет у терминалов может не повыситься до тех пор, пока все другие устройства на этой линии не получат возможность от­править D-сообщение. Телефонные связи имеют более высокий приоритет, чем все другие службы, а информация обмена сигналами имеет более высокий приоритет, чем несигнализирующая информация.

Таким образом, в первой части протокола разрешаются конфликты дос­тупа терминалов к D-каналу.

Все терминалы активируются одновременно. Активация и деактивация осуществляются сигналом info:

info = 0 – отсутствие сигнала в линии;

info = 1 – запрос активации от ТЕ к NT (синхронизация);

info = 2 – запрос активации от NT к TE в ответ на info = 1;

info = 3(4) – оперативная информация из TE(NT).

ITU-T определяет для физического уровня только примитивы запроса и индикации.

Формат кадра сигнала в абонентской линии (интерфейс U) имеет вид рис. 5.20.

Рис. 5.20 – Формат кадра сигнала в линии (интерфейс U)

В США в качестве линейного кода используется код 2B1Q а в Европе – код 4B3T. Слово синхронизации, записанное в коде 2B1Q, имеет вид: +3+3–3–3–3+3–3+3–3. Данные передаются в сверхцикле, состоящем из 8 кадров: 8∙240 = 1924 бит. В первом кадре слово синхронизации инвертировано: –3–3+3+3+3–3+3–3+3.

Второй уровень (Q.920–Q.923). Использует процедуру доступа к каналу D (LAP D – Link Access Procedure, D channel), базирующуюся на LAPB реко­мендации X.25/2 (рис. 5.21). На рисунке: F – флаг (восьмибитовое слово 01111110), FCS (Frame Check Sequence) – процедура проверки ошибок в кадре, образованная по методике CRC-16 (Cyclic Redundancy Check 16 – проверка циклическим избыточным кодом с образующим полиномом 16 порядка). Поле «информация» присутствует только в информационных кадрах 3-го уровня (рис. 5.22).

Рис. 5.21 – Формат кадра процедуры LAPD

Адрес имеет лишь локальное значение и известен только участникам сеанса обмена.

Рис. 5.22 – Адресное поле кадра LAPD

Обозначения, принятые на рис. 5.22:

ЕА – бит расширения адресного поля. Если в первом байте задан бит расширенного адреса (ЕА=1), то адрес состоит из одного байта; если он не задан, то адрес состоит из двух байтов;

C/R (Command/Response) – команда/отклик (для пользователя C/R=0 – команда, C/R=1 – отклик; для сети значения обратны);

TEI (Terminal Endpoint Identifier) – идентификатор точки подключения терминала; TEI=0...63 – коды, присваиваемые пользователем, TEI=64...126 – коды, присваиваемые сетью автоматически, TEI=127 – глобальные TEI для широковещательных целей (ко всем терминалам с одинаковым SAPI);

SAPI (Service Access Point Identifier) – идентификатор точки доступа (описывает класс сервиса) (табл. 5.3). Точки доступа представляют собой вир­туальный интерфейс между уровнями 2 и 3 (рис. 5.23).

Таблица 5.3

Кодовая таблица SAPI

SAPI	Класс сервиса
0	Запрос соединения по схеме коммутации каналов
16	Переключение пакетов согласно X.25
63	Административные или управленческие функции

Рис. 5.23 – Виртуальный интерфейс между уровнями 2 и 3

Как и процедура LAPB, LAPD предусматривает управление информаци­онными кадрами I (рис. 5.24), супервизорными (управляющими) S (рис. 5.25) и ненумерованными U (рис. 5.26). Форматы полей управления этими кадрами:

S – разряды кода управляющей функции (супервизора); х = 0 – резерв;

N(S) – номер кадра, посылаемого отправителем;

N(R) – номер кадра, получаемого отправителем;

P – подтверждение приема команд, Р = 1 – пакет принят;

F – указатель передачи отклика;

М – бит модификатора функции, имеет 15 значений.

Рис. 5.24 – Формат поля управления информационных кадров

Рис. 5.25 – Формат поля управления управляющих кадров

Рис. 5.26 – Формат поля управления ненумерованных кадров

Формат I используется для передачи информации между третьими уров­нями систем.

Формат S содержит функции управления канальным уровнем:

· готовность канала управления к приему пакета I-формата;

· подтверждение получения пакета I;

· запрос на повтор передачи пакета I, начиная с номера N(R);

· запрос на временное прекращение посылки пакетов I.

Формат U обеспечивает дополнительные функции контроля за 2-м уров­нем и передачу информации, не требующей подтверждения.

Прежде чем предложить услуги уровню 3, уровень 2 должен запустить LAP. Это производится путем обмена пакетами между драйвером терминала уровня 2 и соответствующим сетевым драйвером. Предварительно должен быть активирован уровень 1. До установления LAP возможен обмен лишь ненумерованными кадрами.

Третий уровень. Отвечает за установление и управление соединением, а также за доставку управляющих сообщений (даже при отказе сети). Сиг­нальный пакет 3-го уровня имеет формат рис. 5.27. Этими пакетами обме­ниваются терминал и коммутатор.

Рис. 5.27 – Формат сигнального пакета уровня 3

Поле «дискриминатор протокола» дает D-каналу возможность поддержки нескольких протоколов. Поле «код запроса» содержит идентификатор запроса вне зависимости от типа коммуникационного канала, где этот запрос может быть реализован. Четвертый байт характеризует назначение пакета (26 различных типов сообщений, например Connect (Соединение) – код 11100000).

Приведем пример стандартного вызова (рис. 5.28). Для передачи сигналов ISDN используются две спецификации уровня 3: I.450 (Q.930) и I.451 (Q.931). Вместе эти протоколы обеспечивают соединения «пользователь – пользователь», с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов. В них определены разнообразные сообщения по организации и завершению обращения, информационные и смешанные сообщения, в том числе SETUP (установка), CONNECT (подключение), RELEASE (отключение), USER INFORMATION (информация пользователя), CANCEL (отмена), STATUS (состояние) и DISCONNECT (разъединение). Эти сообщения функционально схожи с сообщениями, которые обеспечивает протокол Х.25. Типичная последовательность сообщений при реализации вызова в режиме коммутации каналов согласно рекомендации I.451 показана на рис. 5.28.

Рис. 5.28 – Последовательность сообщений при реализации вызовов ISDN

в режиме коммутации каналов

При вызове могут оказаться несколько терминалов, отвечающих задава­емым требованиям, например несколько телефонных аппаратов. Вызывающая сторона может выбрать один из них. Существуют два механизма обращения к заданному терминалу:

1) используется вспомогательная служба DDI (Direct Dialing In), которая при реализации в ISDN называется MSN (Multiple Subscriber Number) – маршрутизация в пределах LAN пользователя. Каждому терминалу в сети должен быть присвоен уникальный MSN-номер, используемый в SETUP-процедуре;

2) субадресация SUB – дополнительная адресация, передается от источника запроса к адресату. Этот номер не является частью ISDN-номера. Каждый ТЕ, подсоединенный к пассивной шине, имеет свой субадрес. Процедура SETUP содержит информацию о субадресе.

Система ОКС7 (SS7)

ОКС7 (SS7) – система общей канальной сигнализации № 7. Система была разработана и стандартизована комитетом CCITT (ITU) для увеличения возможностей по интеграции речи и данных, эффективного использования в телефонии компьютерных систем, быстрой установки соединений и качественной маршрутизации вызовов, использования единых информационных баз данных, интеграции и полной совместимости различных видов связи (телефонии, сотовой связи, передачи данных) вне зависимости от страны или региона и, в итоге, получения качественно нового уровня сервиса. ОКС7 охватывает три нижних уровня семиуровневой модели информационных сетей ISO и состоит из двух подсистем: MTP (Message Transfer Part) и UP (User Part).

Message Transfer Part (блок передачи сообщений) отвечает за передачу сообщений сигнализации, осуществляет функции обнаружения и исправления ошибок и ряд дополнительных функций. User Part (пользовательский блок) – подсистема более высокого уровня, отвечает за поддержку пользователя и включает в себя часть ISUP (Integrated Services User Part), отвечающую за ISDN-сети, часть TUP (Telephone User Part), отвечающую за телефонию, и ряд других.

Общие положения

Любая процедура дискретизации, передачи и приема данных в виде двоичного сигнала требует согласованности частот передачи и приема, в противном случае передаваемая информация будет принята с искажениями. Проблемы синхронизации не ограничиваются только цифровой первичной сетью, но имеют важное значение и при эксплуатации вторичных сетей передачи данных (СПД, ISDN, цифровой телефонии, и других). Поскольку в системе электросвязи первичная сеть представляет собой ядро сети и создает каналы для вторичных сетей, то и сеть синхронизации (СС) наиболее корректно строится в следующем порядке: сначала создается СС первичной сети, а затем вторичная сеть синхронизируется от первичной сети.

В технологии современной связи существует три основных понятия синхронизации: частотная, фазовая и временная. Наиболее важным типом синхронизации для первичной сети является частотная синхронизация (ЧС), которая предполагает согласованность генераторов различных цифровых устройств в сети по частоте. В этом случае, в идеале, все генераторы сети работают с одинаковой частотой, скорость передачи цифровой информации с высокой степенью точности равна скорости приема, в результате в системе связи нет ошибок, связанных с нарушениями синхронизации. Именно ЧС представляет главный интерес операторов для связи.

Для достижения синхронизации в сети необходимо передать информацию о тактовой частоте всем устройствам в сети. Для этой цели часто используются синхросигналы. В процессе передачи синхросигналов по сети они подвергаются различным воздействиям, в результате качество сигнала ухудшается, что приводит к нарушениям параметров синхронизации в сети.

Выделим общие вопросы синхронизации, связанные с взаимодействием различного оборудования цифровой передачи и коммутации. В основном син­хронизация сети представляет собой синхронизацию коммутационных станций. В этом случае линии передачи могут быть синхронизированы автоматически путем получения хронирующих тактовых колебаний из узла коммутации. Проектируя синхронизацию сети в целом, следует, очевидно, тактовую частоту в исходящих из станции трактах передачи определять генератором данной станции, а тактовая частота в трактах приема должна зависеть от частоты генератора соседней передающей станции.

Прежде чем изучать вопросы влияния системы синхронизации на основ­ные параметры качества услуг в современных телекоммуникациях, рассмотрим природу возникновения нестабильности сигналов синхронизации. Из самого понятия частотной синхронизации следует, что под нестабильностью сигналов синхронизации понимается различные нестабильности частоты сигнала.

В практике современных телекоммуникаций нестабильности сигналов синхронизации или хронирующих сигналов возникают как по физическим причинам (из-за внешних электрических помех и изменения физических параметров линии передачи в сигнале на приеме), так и по алгоритмическим причинам (например, джиттер стаффинга и смещения указателей (pointers) в формате кадра SDH). Результирующую нестабильность тактовой частоты называют фазовым дрожанием хронирующего сигнала или джиттером. В зависимости от частоты фазового дрожания сигнала различают высокочастотное фазовое дрожание – собственно джиттер – с частотой выше 10 Гц и низкочастотное фазовое дрожание, иногда называемое дрейфом фазы, – вандер – с частотой ниже 10 Гц [42]. Параметры собственно джиттера наиболее сильно влияют на параметры фазовой синхронизации, в частности, на работу петлей ФАПЧ. В отличие от джиттера, который преобразуется различными цепями и устройствами, вандер легко проходит без изменений через цепи фазовой синхронизации, может значительно накапливаться в сети и воздействует на систему синхронизации. Поэтому вандер представляется для систем синхронизации одним из наиболее важных параметров.

Основной алгоритмической причиной нестабильности частоты является режим выравнивания скоростей объединяемых потоков с использованием битового или байтового стаффинга, например, смещения указателей.

Основными физическими причинами нестабильности частоты являются электромагнитная интерференция; шум и помехи, воздействующие на цепь синхронизации в приемнике; изменения длины тракта; изменения скорости распространения; доплеровские сдвиги от подвижных оконечных устройств; нерегулярное поступление хронирующей информации.

Помехи и шумы в первую очередь влияют на фазовую синхронизацию и обычно не приводят к появлению вандера.

Изменения длины тракта в результате температурного расширения (сжатия) среды передачи или изгиба радиотракта в атмосфере влияют на систему частотной синхронизации, поскольку изменение скорости передачи экви­валентно вандеру – основному параметру нестабильности систем частотной синхронизации. Наиболее значительны изменения длины тракта при связи через спутники. Для современных спутников на геостационарной орбите изменения длины тракта составляют примерно 300 км, что соответствует изменениям времени прохождения примерно на 1 мс.

Изменение скорости распространения сигналов также приводит к вандеру.

Значительным источником потенциальной нестабильности тактовой частоты на приеме являются доплеровские сдвиги, возникающие при движении самолетов, спутников и других подвижных объектов. Например, доплеровский сдвиг при движении самолета со скоростью 500 км/ч эквивалентен нестабильности тактовой частоты, равной 5∙10^-7. По существу оказывается, что доплеровские сдвиги являются результатом изменения длины тракта.

Фазовые дрожания в восстановленных колебаниях тактовой частоты уве­личиваются в течение периодов времени с относительно низкими плотностями «единиц» в цифровом потоке, вызывая нерегулярное поступление хронирующей информации, что также приводит к нестабильности тактовой частоты. Именно требование повышения плотности хронирующей информации привело к необходимости замены линейного кода AMI на линейный код HDB3 в системах ИКМ.

Для того чтобы цифровая сеть с несколькими участками передачи и ком­мутационными станциями могла работать синхронно по битам и по циклам, необходимо обеспечить достаточное соответствие (синхронизм) между такто­выми частотами в трактах приема и передачи. Различия в тактовых частотах приводят к появлению проскальзываний (Slip), вследствие чего в групповом сигнале теряются один или несколько бит либо появляются один или несколько лишних. Для минимизации нежелательных явлений, связанных с проскальзываниями, используют эластичные буферы размером в один или несколько циклов. В этом случае реализуется механизм управляемых проскальзываний: в момент переполнения буфера вся информация в нем полностью стирается, буфер опустошается, что приводит к потере одного цикла информации, однако не приводит к потере цикловой синхронизации. Управляемые проскальзывания в настоящее время являются единственно допустимыми в цифровых сетях связи. В дальнейшем под проскальзыванием будем понимать управляемое проскальзывание. Различают три случая соответствия тактовых частот станции и сигнала в линии.

Тактовая частота в линии больше тактовой частоты станции. Буферные запоминающие устройства в коммутационной станции заполняются с большей скоростью, чем освобождаются; переполнение памяти приводит время от времени к потере информационных бит – скольжения первого типа, или положительное проскальзывание. При передаче речи это приводит к появлению коротких щелчков.

Тактовая частота в линии совпадает с тактовой частотой станции. Скорости записи и считывания для буферного запоминающего устройства, одинаковы – имеет место синхронная работа.

Тактовая частота в линии меньше тактовой частоты станции. Буферные запоминающие устройства в коммутационной станции считываются с большей скоростью, чем заполняются; в результате этого время от времени за счет повторного считывания появляются лишние информационные биты – скольжения второго типа, или отрицательное проскальзывание. При передаче данных и сигнальной информации это приводит иногда к значительному ухудшению качества передачи.

В зависимости от среднего уровня рассинхронизации будут возникать битовые проскальзывания, т.е. ошибки в считывании бита. Битовые проскаль­зывания будут нарушать цикловую синхронизацию. В этой связи наиболее желательным являются цикловые проскальзывания, которые приводят к потере цикла информации, однако не приводят к нарушению цикловой синхронизации. Например, если битовое проскальзывание происходит внутри цикла, то для восстановления цикловой синхронизации требуется не менее трех циклов. Такие проскальзывания называются неуправляемыми.

В практике эксплуатации проскальзывания приводят к появлению параметра секунд неготовности канала UAS (Unavailability Seconds), отсчитываемого с момента потери цикловой синхронизации или после 10 последовательных секунд, пораженных ошибками SES (Severly Errored Seconds). Один SES – период времени длиной 1 с, в течение которого коэффициент ошибок по битам превышал 10^-3. Ошибки, возникающие в первичной сети из-за нарушений в СС, редко касаются одного узла. Обычно нарушения в СС распространяются ниже по иерархии синхронизации и приводят к каскаду узлов с ошибками.

Влияние часто встречающихся случаев проскальзываний на различные услуги связи и параметры каналов первичной сети перечислены в табл. 6.1 [43]

Таблица 6.1

Влияние проскальзываний

Первичная сеть	Влияние на параметры каналов
На основе PDH   На основе SDH	Проскальзывания, потеря цикловой информации, увеличение параметра UAS, SES, пакетные ошибки. Смещение указателей, появление алгоритмического джиттера в полезной нагрузке.
Услуги (вторичные сети)	Влияние на качественные параметры
Телефонная связь Факсимильная связь Передача данных в канале ТЧ (модемная, xDSL,и т.д.). Видеоданные Кодированные данные (вокодер)	Появление импульсных помех в виде щелчков Искаженные строки Потеря данных, всплески значения коэффициента ошибок по битам BER (Bit Error Rate) Замирание кадра на экране Потеря соединения

Подсистемы QoS и TMN

Третьей составной частью современной интегрированной СС является подсистема контроля и анализа качества QoS. Эта подсистема включает в себя две основных части: систему управления СС и систему измерений параметров СС. Разветвленная топология современных СС не позволяет полностью прогнозировать их поведение в случае возникновения одного или нескольких сбоев. При реконфигурации СС могут образовываться «петли» в СС, в результате чего СС может деградировать на каком-либо участке или полностью. Для борьбы с такими нежелательными последствиями используется мониторинг параметров синхронизации в режиме реального времени, в результате чего QoS входит как неотъемлемая часть в концепцию современных интегрированных СС.

Измерения параметров СС включают в себя две группы: анализ парамет­ров частоты передачи/приема на всех участках сети, а также ее девиации, в первую очередь вандера, и стрессовое тестирование узлов СС.

Первая группа измерений производится обычно параллельно с проведе­нием мониторинга по параметрам ошибки. Цель организации измерений – обнаружение некорректностей в работе узлов СС, наличия «петель» в ней, а также поиск точек деградации качества. Стрессовое тестирование СС выполняется с целью оценки устойчивости ее работы в случае отказа или нарушения параметров работы того или иного узла. В практике эксплуатации стрессовое тестирование делается крайне редко.

Мониторинговые измерения параметров СС могут проводиться на всех ее участках (на выходе генераторов различных уровней, в каналах системы распределения синхросигналов). По своей сути измерения представляют собой частотные измерения. Выделяются два основных метода измерений: прямые и с использованием анализаторов систем передачи. Кроме того, существуют косвенные методы, позволяющие выявить точки нарушений в СС и оценить ее общее качество (например, анализ количества проскальзываний в системах PDH или анализ активности указателей в системах SDH), но не обеспечивают измерения ее параметров.

Последней подсистемой, входящей в состав современных СС, является подсистема управления TMN, которая осуществляет контроль состояния элементов СС и управление параметрами СС в режиме реального времени. Наиболее полно эти функции получили развитие с внедрением технологии SDH, поскольку SDH обеспечивает передачу специальных служебных сигналов о параметрах синхронизации линейного тракта. В составе байта S1 секционного заголовка SOH систем SDH передается информация о параметрах СС, получившая название сигналов SSM (System Synchronization Message). Современные системы управления позволяют контролировать параметры сигналов в режиме реального времени и устанавливать те или иные параметры SSM для каждого тракта. В результате система синхронизации SDH оказывается контролируемой в полной мере.

 

 

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Российский университет транспорта (МИИТ)»

Факультет: «Транспортные средства»

 

Кафедра: «Железнодорожная автоматика, телемеханика и связь»

 

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

 

«Сети связи и системы коммутации»

(название дисциплины)

 

Курс: I V

 

 

Направление/специальность: 11 .0 3 .0 2 Инфокоммуникационные системы и сети связи

                                                  (код, наименование специальности /направления)

 

Профиль/специализация: «Оптические системы и сети связи» (ИТ)

                                        

 

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр

Форма обучения: заочная

 

 

Москва 2018 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Российская телекоммуникационная сеть общего пользования. 1

1.1 История развития и классификация сетей. 1

1.2 Этапы развития технологий телекоммуникационных сетей. 13

1.3 Телефонная сеть общего пользования. 18

1.3.1 Международная телефонная сеть. 18

1.2.2 Междугородная сеть России. 20

1.2.3 Внутризоновые телефонные сети. 22

1.2.4 Системы нумерации в ТФОП РФ.. 25

2 КОММУТАЦИЯ В ТФОП.. 26

4.1 Общие положения. 26

4.2 Структуры коммутационного поля. 30

4.3 Коммутационное поле АТСЭ.. 36

4.3.1 Общие положения. 36

4.3.2 Блок пространственной коммутации. 37

4.3.3 Блок временной коммутации. 39

4.3.4 Сравнение блоков ПК и ВК.. 43

4.3.5 Коммутационные схемы В-П-В и П-В-П.. 44

3. МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ.. 49

3.1 Многоуровневый подход. 49

3.1.1 Декомпозиция задачи сетевого взаимодействия. 49

2.1.2 Протокол. Интерфейс. Стек протоколов. 51

3.2 Модель OSI 55

3.2.1 Общая характеристика модели OSI 55

3.2.2 Физический уровень. 59

3.2.3 Канальный уровень. 59

3.2.4 Сетевой уровень. 63

3.2.5 Транспортный уровень. 66

3.2.6 Сеансовый уровень. 68

3.2.7 Представительный уровень. 68

3.2.8 Прикладной уровень. 69

3.2.9 Сетезависимые и сетенезависимые уровни. 69

3.2.10 Сравнение архитектур протоколов TCP/IP и OSI 72

4. МЕТОДЫ КОММУТАЦИИ В СЕТЯХ СВЯЗИ.. 73

4.1 Разные подходы к выполнению коммутации. 73

4.2 Коммутация каналов. 74

4.3 Коммутация пакетов. 76

4.4 Коммутация сообщений. 81

4.5 Постоянная и динамическая коммутация. 83

4.6 Пропускная способность сетей с коммутацией пакетов. 84

4.7 Дейтаграммная передача. 89

4.8 Виртуальные каналы в сетях с коммутацией пакетов. 91

4.9 Обзор методов коммутации. 93

Многоскоростная коммутация каналов. 94

Быстрая коммутация каналов (БКК) 94

Ретрансляция кадров. 95

Быстрая коммутация пакетов – асинхронный режим передачи и АТМ.. 96

5. ЦИФРОВАЯ СЕТЬ С ИНТЕГРИРОВАННЫМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ.. 101

5.1 Основные показатели ISDN.. 101

5.2 Службы ISDN.. 103

5.3 Функциональные блоки и интерфейсы ISDN.. 105

5.4 Доступ BRA.. 108

5.5 Варианты доступа к сети ISDN.. 110

5.6 Преимущества и недостатки сетей ISDN.. 112

5.7 Сигнализация в ISDN.. 113

6. СИНХРОНИЗАЦИЯ ЦИФРОВЫХ СЕТЕЙ.. 122

6.1 Общие положения. 122

6.2 Современная концепция построения систем синхронизации. 126

6.2.1 Структура системы межузловой синхронизации. 129

6.2.2 Структура системы внутриузловой синхронизации. 136

6.2.3 Подсистемы QoS и TMN.. 137