ЦИФРОВЫЕ СЕТИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
(семестровый курс лекций)
Ростов-на-Дону
2008
| Рыжов Ю.В. | |
| Цифровые сети интегрального обслуживания: Семестровый курс лекций. - Ростов-на-Дону, 2008. - 108 с. |
Семестровый курс лекций «Цифровые сети интегрального обслуживания» предназначен для студентов старших курсов специальности «Сети связи и системы коммутации». В нем рассматриваются основы современных телекоммуникационных технологий, принципы построения сетей и цифровых каналов связи, а также сетей и устройств ISDN . Лекции сгруппированы в три учебных модуля, включающих в себя диагностико-квалиметрическое обеспечение.
ОГЛАВЛЕНИЕ КУРСА ЛЕКЦИЙ
ВВЕДЕНИЕ К КУРСУ ЛЕКЦИЙ............................................................................................... 5
Календарно-тематический план курса лекций................................................................ 7
МОДУЛЬ 1. ИНТЕГРАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ И СЕТИ СВЯЗИ...................................... 8
Комплексная цель модуля 1................................................................................................. 8
ЛЕКЦИЯ 1. ЦИФРОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ И МЕТОДЫ ЕЕ ПЕРЕДАЧИ.......................... 8
Информация и каналы связи............................................................................................... 8
Асинхронная и синхронная цифровая передача................................................................. 9
Взаимодействие компьютера с модемом....................................................................... 11
Принципы организации цифровых каналов..................................................................... 13
Мультиплексирование цифровых сигналов..................................................................... 15
Синхронизация в цифровых сетях.................................................................................... 16
ЛЕКЦИЯ 2. СТАНДАРТИЗАЦИЯ СЕТЕЙ: МОДЕЛЬ OSI И КОММУНИКАЦИОННЫЕ ПРОТОКОЛЫ............................................................................................................................. 18
Стандартизация сетей.................................................................................................... 18
Модель взаимодействия открытых систем OSI........................................................... 19
Стандартные стеки коммуникационных протоколов................................................. 21
ЛЕКЦИЯ 3. ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ............................................................ 25
Локальные сети................................................................................................................. 25
Построение больших сетей.............................................................................................. 29
Глобальные сети................................................................................................................ 38
Проектное задание к модулю 1........................................................................................ 46
Тест рубежного контроля к модулю 1............................................................................ 46
Рекомендуемая литература к модулю 1......................................................................... 49
МОДУЛЬ 2. СЕТИ ISDN........................................................................................................... 50
Комплексная цель модуля 2............................................................................................... 50
ЛЕКЦИЯ 4. ЦИФРОВОЙ КАНАЛ Е1..................................................................................... 50
Канал Е1: общие сведения................................................................................................. 50
Физический уровень потока Е1........................................................................................ 51
Канальный уровень потока Е1......................................................................................... 53
Сетевой уровень потока Е1............................................................................................. 54
ЛЕКЦИЯ 5. СЕТИ ISDN............................................................................................................ 55
Абонентские линии ЦСИО............................................................................................... 55
Интерфейсы в опорных точках....................................................................................... 59
Пользовательский доступ ЦСИО................................................................................... 63
ЛЕКЦИЯ 6. СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ В ISDN............................................................ 64
Е DSS -1................................................................................................................................. 64
QSIG.................................................................................................................................... 67
Система сигнализации ОКС № 7..................................................................................... 69
Проектное задание к модулю 2........................................................................................ 76
Тест рубежного контроля к модулю 2............................................................................ 76
Рекомендуемая литература к модулю 2......................................................................... 79
МОДУЛЬ 3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ISDN.................................................................. 80
Комплексная цель модуля 3............................................................................................... 80
ЛЕКЦИЯ 7. B-ISDN. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ АТМ......................................................... 80
B - ISDN и основы технологии АТМ................................................................................... 80
Архитектура сети АТМ................................................................................................... 83
Уровни сети АТМ.............................................................................................................. 83
Структура ячейки АТМ.................................................................................................... 84
Коммутация виртуальных каналов и трактов............................................................. 85
Классы обслуживания B - ISDN......................................................................................... 86
ЛЕКЦИЯ 8. АДМИНИСТРИРОВАНИЕ И ДИАГНОСТИКА СЕТЕЙ............................... 88
Администрирование в ЦСИО........................................................................................... 88
Мониторинг и анализ сетей............................................................................................. 92
ЛЕКЦИЯ 9. ОСОБЕННОСТИ ISDN В РОССИИ.................................................................. 96
Пример российского ISDN -устройства: БОБД.............................................................. 96
Развитие сетей ISDN в России........................................................................................ 98
Проектное задание к модулю 3...................................................................................... 103
Тест рубежного контроля к модулю 3.......................................................................... 104
Рекомендуемая литература к модулю 3....................................................................... 106
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К КУРСУ ЛЕКЦИЙ.................................................................... 107
ВВЕДЕНИЕ К КУРСУ ЛЕКЦИЙ
По мере развития систем связи постоянно растет число служб, предоставляющих своим абонентам широкий набор услуг, начиная от простой телефонной связи и заканчивая сложными системами передачи данных. При этом все службы работают в отрыве друг от друга, а совместная работа систем для речи, данных и изображений возможна лишь в исключительных случаях, поскольку оконечные установки, процессы доступа и управления связью различны и специфически приспособлены для решения конкретной задачи. Наилучшими вариантами для передачи всех видов информации являются цифровые системы. С помощью такой единой сети достигаются две цели: интеграции различной аппаратуры в цифровом варианте и интеграции служб обеспечения передачи разнородной информации. Последовательное достижение этих двух целей становится возможным в концепции цифровой сети интегрального обслуживания - ЦСИО (ISDN - Integrated Service Digital Network).
Цифровой сетью называют сеть электросвязи, в которой информация передается (по абонентским и соединительным линиям) и коммутируется (на станциях и узлах) в цифровой форме. Цифровой сетью интегрального обслуживания называют такую цифровую сеть, которая поддерживает множество служб электросвязи (передачу речи, данных, изображений и др.).
В нашей стране ЦСИО развиваются с начала 1990-х годов, но при этом практически не существует учебно-методического обеспечения по этой актуальной тематике, а имеющаяся литература (см. список литературы) носит, в основном, узкоспециализированный характер. Этот пробел и призван восполнить данный курс лекций.
В курсе лекций рассматриваются проблемы, связанные с принципами построения и функционирования цифровых систем коммутации и сетей интегрального обслуживания ЦСИО (ISDN), а именно: принципы построения и виды служб электросвязи, интегрируемые ЦСИО; организация доступа пользователей к ЦСИО; особенности построения узлов коммутации ЦСИО; абонентская сигнализация; интерфейсы и протоколы ЦСИО; организация процесса обслуживания вызовов в ЦСИО.
Курс лекций построен на модульной основе, при этом для каждого модуля приведены проектные задания и тесты рубежного контроля, выполняющие диагностико-квалиметрические функции. Курс лекций охватывает большее количество тем, чем одноименное учебное пособие, но часть материала, пересекающегося с пособием, изложена в лекциях в конспективной форме. Поэтому студентам рекомендуется при самостоятельной работе пользоваться как семестровым курсом лекций, так и учебным пособием.
Учебная дисциплина «Цифровые сети интегрального обслуживания» читается студентам 5-го курса (9-й семестр) специальности «Сети связи и системы коммутации»; целью ее преподавания является изучение проблем, связанных с принципами построения и функционирования цифровых систем коммутации и сетей ISDN. На дисциплину выделено 121 академических часов, по результатам изучения студентам выставляется зачет. На 9-й неделе выставляется промежуточный рейтинг, на 17-й – итоговый рейтинг (зачет).
Из 121 часа на лекции выделяется 18 часов, на практические занятия – 16 часов, на лабораторные работы – 34 часа. На самостоятельную работу выделено 36 часов, и 17 часов – на выполнение индивидуального задания.
Из 36 часов, выделенных на самостоятельную работу, целесообразно половину из них (18 часов) выделить на подготовку к лабораторным и практическим занятиям, а другие 18 часов – на проработку курса лекций и дополнительных учебных материалов (прежде всего – учебного пособия по курсу ЦСИО). Исходя из этого и был составлен приведенный ниже календарно-тематический план.
Календарно-тематический план курса лекций
| Учебная неделя | Тема лекции | Число часов | Самостоятельная работа | Число часов |
| 1 | 1. Интегральная информация и методы ее передачи | 2 | Общие принципы передачи цифровой информации | 1 |
| 2 | Импульсно-кодовая модуляция в сетях связи | 1 | ||
| 3 | 2. Стандартизация сетей: модель OSI и коммуникац. протоколы | 2 | Модель OSI | 1 |
| 4 | Основные коммуникационные протоколы | 1 | ||
| 5 | 3. Локальные и глобальные сети | 2 | Сетевая топология. Локальные сети | 1 |
| 6 | Принципы построения глобальных сетей | 1 | ||
| 7 | 4. Цифровой канал Е1 | 2 | Канал Е1: общие сведения | 1 |
| 8 | Уровни потока Е1 | 1 | ||
| 9 | 5. Сети ISDN | 2 | Основные услуги и преимущества ISDN | 1 |
| 10 | Виды доступа ISDN | 1 | ||
| 11 | 6. Системы сигнализации в ISDN | 2 | Система сигнализации EDSS1 | 1 |
| 12 | Система сигнализации ОКС№7 | 1 | ||
| 13 | 7. B-ISDN. Основы технологии АТМ | 2 | Основы построения B-ISDN | 1 |
| 14 | Структура сети АТМ | 1 | ||
| 15 | 8. Администрирование и диагностика сетей | 2 | Администрирование сетей ISDN | 1 |
| 16 | Диагностика и мониторинг сетей ISDN | 1 | ||
| 17 | 9. Особенности ISDN в России | 2 | БОБД: ISDN-устройство ЦАТС "Протон-ССС", серия "Алмаз" | 1 |
| 18 | ISDN в России | 1 |
Комплексная цель модуля 1
Ознакомление с основами теории передачи цифровой информации и изучение принципов построения локальных и глобальных сетей.
ЛЕКЦИЯ 1. ЦИФРОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ И МЕТОДЫ ЕЕ ПЕРЕДАЧИ
Информация и каналы связи
Основное назначение коммуникаций — обмен сообщениями. Сообщение — это некоторая логически законченная совокупность сведений о состоянии какой-либо материальной системы. Сообщение должно содержать информацию, т.е. совокупность сведений, снимающих неопределенность. Для передачи сообщений необходим носитель, природа и характеристики которого определяются физической средой между источником и получателем информации — линией связи. Обычно носителем является электромагнитное поле. Для того чтобы носитель мог выполнять свою функцию — передачу информации, его характеристики должны иметь возможность меняться. Между характеристиками носителя и сообщением существует однозначная зависимость. Такой носитель называется сигналом. После того, как получатель принял информацию, он может извлечь ее, зная закон соответствия сигналов и сообщений.
Передача сообщения включает следующие процедуры: преобразование из неэлектрической формы в электрическую; первичное кодирование; преобразование с целью согласования характеристик сигнала с характеристиками канала связи; передача сигнала; декодирование; обратное преобразование для восприятия сообщения.
Сигналы по своей природе можно разделить на аналоговые (с непрерывными значениями функции) и цифровые (с дискретными значениями). Канал связи, предназначенный для передачи аналоговых сигналов, соответственно, называется аналоговым, а для передачи цифровых сигналов – цифровым. Аналоговые сигналы можно преобразовать в цифровые с помощью процесса квантования и дискретизации, при котором весь диапазон значений аналогового сигнала разбивается на определенное количество непересекающихся областей так, что все значения сигнала, попадающие в одну из этих областей, заменяются одним дискретным значением. Квантование при этом происходит только по какому-то параметру сигнала, например, по амплитуде, а дискретизация по времени. Второй этап преобразования сообщения в сигнал — кодирование — заключается в преобразовании букв, чисел, знаков в символы некоторого другого алфавита. Правило этого преобразования называется кодом.
Цифровые сигналы имеют более широкий спектр, чем ширина полосы пропускания аналогового канала. Для передачи цифровых сигналов по аналоговым каналам связи необходимо согласовать их по частоте с помощью цифровых модемов, в которых модулируемые параметры сигнала имеют только фиксированные значения из некоторого определенного набора.
Отметим, что по каналам связи передается, как правило, интегральная информация, носителями которой являются речь, звуки и музыка, статическая и динамическая видеографика, текстовые данные и т.д., что повышает требования к каналам передачи информации.
Стандартизация сетей
Стандартизация в компьютерных сетях приобретает особое значение. Сети — это соединение разного оборудования, и проблема совместимости является одной из наиболее острых. Без принятия всеми производителями общепринятых правил построения оборудования функционирование сетей было бы невозможным. В компьютерных сетях основой стандартизации является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия. Разбиение на уровни, или уровневая архитектура, является формой функциональной модульности при проектировании информационных сетей. Модуль используется для обозначения как устройства, так и процесса, и выполняет некоторую выделенную функцию. Пользователя интересуют только входы, выходы и функциональная связь между входом и выходом. Модуль используется вместе с другими "черными ящиками" для построения более сложного модуля, который будет опять рассматриваться на более высоких уровнях как большой "черный ящик". Такой подход к проектированию приводит к иерархии вложенных модулей. Поэтому сложная система должна быть построена как взаимосвязанное множество модулей высокого уровня и, возможно, некоторых простых дополнительных модулей, необходимых для реализации взаимосвязей и выполнения дополнительных простых функций. Каждый модуль следующего более низкого уровня снова разбивается на модули еще более низкого уровня и так далее до самого низкого уровня иерархической цепи.
Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называется протоколом. Модули, реализующие протоколы соседних уровней и находящиеся в одном узле, также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными условиями и с помощью стандартизованных форматов сообщений. Эти условия принято называть интерфейсом. Интерфейс определяет набор сервисов, предоставляемый данным уровнем соседнему уровню. Средства каждого уровня должны отрабатывать, во-первых, свой собственный протокол, во-вторых, интерфейсы с соседними уровнями. Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети, называется стеком коммуникационных протоколов. Коммуникационные протоколы могут быть реализованы как программно, так и аппаратно. Протоколы нижних уровней часто реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней, как правило, только программными средствами. Протоколы реализуются не только компьютерами, но и другими сетевыми устройствами - концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами и т.д. В общем случае связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую, а через различные коммуникационные средства. В зависимости от типа устройства в нем должны быть встроенные средства, реализующие тот или иной набор протоколов.
Локальные сети
Локальные сети передачи данных (LAN) служат для объединения компьютеров, территориально расположенных либо в одном здании, либо в близко расположенных зданиях. В локальной сети из-за коротких расстояний, скорость передачи очень высокая. Вся процедура передачи концентрируется на первом и втором уровнях модели OSI/ISO, отвечающих за работу сети. Поэтому протоколы верхних уровней в большинстве случаев одни и те же как для локальных, так и для глобальных сетей. В локальных сетях топология проста и не зависит от интенсивности передаваемой нагрузки. Наиболее распространенными являются звезда, кольцо и шина. Для передачи данных используется топология шина и кольцо.
Схематично шину можно представить как единый кабель, проходящий через все комнаты офиса, а компьютеры подключены к нему отдельным проводом и для подключения к шине существует специальный разъем. При кольцевой топологии все рабочие станции оказываются соединенными последовательно.
Для работы в сети компьютеру необходима сетевая плата, реализующая конкретный протокол сети. Протоколы у каждой технологии разные, но общими являются адреса отправителя и получателя, находящиеся в заголовке. Этот адрес называется MAC-адресом (Medium Access Control), управляющий доступом к среде передачи. МАС-адрес любой сетевой платы или любого порта локальной сети уникален. Его записывают на фирме и каждому предприятию выделяют свой диапазон МАС адресов, в рамках которого они и работают.
Сети Ethernet
Технология Ethernet предназначена для работы только в шинных топологиях. Все рабочие станции подключены параллельно к общему кабелю. Обмены данными между любыми парами машин происходит по нему. Кабель является средой так называемого множественного доступа. Все протоколы управления локальной сетью согласно модели открытых систем находятся на втором уровне и поэтому все то, что поступает на вход протокола, является пользовательскими данными. Эти данные на передающей станции запаковываются в кадры, в заголовке которого необходимо указать адрес получателя. После того как кадр сформирован (к поступившему блоку данных добавлен заголовок), он посылается в кабель. Система Ethernet использует способ множественного доступа с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий (МДПН/ОК).
Шинная технология имеет ограничения параметров передаваемых кадров и протяженности шины. Минимально возможный интервал ожидания между обнаружением коллизии и возобновлением передачи должен быть не меньше, чем максимальное удвоенное время распространения сигнала. С другой стороны, это время влияет и на минимально допустимый размер кадра. Поэтому на шине Ethernet минимальная длина кадра составляет 64 байта, что вычисляется исходя из скорости работы сети (10мбит/с) и максимальной протяженности шины (2.5 км).
Сети Token Ring
Другим способом управления доступом к среде передачи является управление с помощью маркера (token), который проходит от одной рабочей станции к другой в соответствии с заданным набором правил. Он воспринимается каждой станцией и задерживается в ней на некоторое время. Любая станция может начать передачу только тогда, когда она завладела маркером. После того, как кадр был передан, маркер должен быть отдан следующей станции. Последовательность действий получается следующей: формируется логическое кольцо, связывающее все станции и создается один маркер; маркер проходит от станции к станции по кольцу до тех пор, пока не достигнет станции, ожидающей разрешения на передачу; cтанция передает кадры данных, после чего передает маркер дальше по кольцу.
Кольцо должно быть организовано так, чтобы при выключении питания одной из станций оно оставалось бы неразорванным.
Особенностью системы Token Ring является то, что в ней не может быть коллизий, поскольку в каждый момент времени только одна станция может передавать данные, которая в данный момент имеет у себя маркер. Кадр проходит по кольцу и каждая станция, принимая его, анализирует адрес получателя. Если кадр адресован не ей, то он передается дальше по кольцу до тех пор, пока не достигнет станции назначения. В кольце могут находиться одновременно много кадров, правда, все они будут находиться в разных звеньях кольца и поэтому не будут мешать друг другу.
Высокоскоростные локальные сети
При передаче больших объемов данных за ограниченное время в случае, если специфика его работы связана с обработкой графики, или технология требует большого обмена между технологическими машинами, необходимы сети, работающие на скорости 100 Мбит. Наиболее известные среди них системы FDDI (Fiber Distributed Data Interface), система Fast Ethernet и Gigabitethernet. Первая организована, как и следует из названия, на оптическом кабеле, другие на медных парах. Система FDDI имеет очень много общего с Token Ring. Она так же работает по кольцевой схеме, правда в ней не одно кольцо, а два, передача по которым идет в разных направлениях. Большинство остальных отличий связаны с функционированием электроники в сетевых платах, а не с технологией. По сути, в основном они сводятся к принципу кодирования бит. Максимальная протяженность кольца FDDI составляет 200 км и может содержать более 1000 рабочих станций. Другой высокоскоростной технологией является так называемый Fast Ethernet или 100BaseT. Как FDDI очень напоминает Token Ring, так Fast Ethernet очень напоминает простой Ethernet в том смысле, что изменился главным образом только способ кодирования бит и метод их ввода в кабель. Существенным пользовательским отличием является то , что этот стандарт не работает на коаксиальном кабеле, а только на витой паре или на оптическом кабеле. Что касается технологии передачи данных, т.е. работы второго уровня модели, то здесь используется протокол CSMA/CD. Длина шины с ростом скорости уменьшается и составляет около 250 метров, что для большинства приложений бывает достаточно. Если же требуется шина более протяженная, то требуются репитеры и мосты для разделения сегментов.
Для подключения локальной сети к магистральной сети общего пользования надо использовать маршрутизатор.
Построение больших сетей
Составная сеть (Internetwork) образуется при соединении двух или нескольких сетей, за организацию которых отвечает сетевой уровень (по стандарту OSI/ISO), в функции которого входит решение следующих задач: передача пакетов между конечными узлами в составных сетях; выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию; согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях одной составной сети.
Сети, входящие в составную сеть, называются подсетями, составляющими сетями или просто сетями. Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети. В составную сеть могут входить сети различных технологий: как локальные сети (Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI), так и глобальные сети (frame relay, X.25, ЦСИО). Каждая из этих технологий может организовать взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не способна построить информационную связь между произвольно выбранными узлами, принадлежащими разным подсетям. Поэтому для организации взаимодействия между любой произвольной парой узлов составной сети требуются средства, которые предоставляет сетевой уровень. Сетевой уровень организует работу всех подсетей, лежащих на пути продвижения пакета по составной сети. Для перемещения данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям. Сетевой уровень имеет собственную систему адресации (номер сети и номер узла), не зависящую от способов адресации узлов в отдельных подсетях и позволяющую идентифицировать любой узел составной сети.
Когда две и более сети организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия называют межсетевым взаимодействием.
Устройства, позволяющие расширить сеть
К устройствам, которые позволяют расширить сеть, относятся: повторители; мосты; маршрутизаторы; мосты-маршрутизаторы; шлюзы.
Повторители. При распространении по кабелю сигнал искажается, поскольку уменьшается его амплитуда, и накладываются помехи. Причина этого явления — затухание. При достаточной длине кабеля, затухание и воздействие помех может исказить сигнал до неузнаваемости. Чтобы этого не произошло, устанавливают повторители, благодаря которым сигналы способны распространяться на большие расстояния. Повторитель работает на физическом уровне модели ISO, восстанавливая сигнал и передавая его в другие сегменты. Повторитель принимает затухающий сигнал из одного сегмента, восстанавливает его и передает в следующий сегмент. Повторители не имеют функций преобразования и фильтрации. Чтобы повторитель работал, оба соединяемые им сегмента должны иметь одинаковый метод доступа.
Мосты. Мост, как и повторитель, может соединять сегменты или локальные сети рабочих групп. Однако, в отличие от повторителя, мост позволяет разбить сеть на несколько сегментов, изолировав за счет этого часть трафика. Мосты предназначены для: увеличения размеров сети; соединения разнородных физических сред (витая пара и коаксиальный кабель); устранения узких мест, появляющихся в результате подключения избыточного числа компьютеров, и, как следствие, возрастания трафика; соединения сегментов разнородных сети (например , Ethernet и Token Ring) и переноса между ними пакетов. Мосты работают на канальном уровне модели OSI, поэтому им не доступна информация, содержащаяся на более высоких уровнях. Мосты допускают использование в сети всех протоколов (не отличая при этом один протокол от другого), поэтому каждый компьютер должен определять, с какими протоколами он работает. Мосты функционируют на подуровне управления доступом к среде, и выполняют следующие действия: "слушают" весь трафик; проверяют адреса источника и получателя каждого пакета; строят таблицу маршрутизации; передают пакеты.
Чтобы объединить несколько малых сетей в одну большую, используется несколько мостов.
Существует также мост-маршрутизатор, обладающий свойствами как моста, так и маршрутизатора (в зависимости от протоколов). С одними протоколами он работает как маршрутизатор, с другими как мост. Мосты-маршрутизаторы выполняют следующие функции: маршрутизируют протоколы; функционируют как мосты для немаршрутизируемых протоколов; обеспечивают более экономичное и более управляемое взаимодействие сетей по сравнению с раздельными мостами и маршрутизаторами.
Шлюзы также являются средствами расширения сетей. Они обеспечивают связь между различными архитектурами и сетевыми средами. Они распаковывают и преобразуют данные, передаваемые из одной среды в другую, чтобы каждая среда могла понимать сообщения извне. Шлюз связывает две системы, которые применяют разные: коммуникационные протоколы; структуры и форматы данных; языки; архитектуры.
Шлюзы создаются для выполнения конкретного типа преобразования данных. Обрабатывая данные, шлюз выполняет следующие операции : извлекает данные из приходящих пакетов, пропуская их снизу вверх через полный стек протоколов передающей сети; заново упаковывает полученные данные, пропуская их сверху вниз через стек протоколов сети назначения.
Маршрутизаторы. В среде, объединяющей несколько сетевых сегментов с различными протоколами и архитектурами, необходимо устройство, которое не только знает адрес каждого сегмента, но и определяет наилучший маршрут для передачи данных, а также фильтрует широковещательные сообщения. Маршрутизаторы работают на сетевом уровне модели OSI, поэтому они могут переадресовывать и маршрутизировать пакеты через множество сетей, обмениваясь информацией между отдельными сетями. Они считывают в пакете адресную информацию сложной сети и поскольку они функционируют на более высоком по сравнению с мостами уровне модели OSI, имеют доступ к дополнительным данным. Маршрутизаторы могут выполнять следующие функции мостов: фильтровать и изолировать трафик; соединять сегменты сети. Эти устройства оптимизируют доставку пакетов, обеспечивают управление трафиком, не пропускают широковещательные сообщения, также могут обмениваться данными о состоянии маршрутов и, основываясь на этой информации, обходить медленные и неисправные каналы связи. Таблица маршрутизации, находящаяся в маршрутизаторах, содержит сетевые адреса для определения адреса назначения. Для каждого протокола, используемого в сети, строится своя таблица.
Маршрутизаторы требуют специальной адресации: им понятны только номера сетей (что позволяет им обращаться друг к другу) и адреса локальных плат сетевого адаптера, однако они не могут обращаться к удаленным компьютерам. Так как маршрутизаторы выполняют сложную обработку каждого пакета, они медленнее большинства мостов. Но возможность контролировать данные, передаваемые через маршрутизатор , позволяет, во-первых, уменьшить трафик между сетями, и, во-вторых, использовать его гораздо эффективнее, чем это делают мосты.
Маршрутизация больших сетей
Важнейшей задачей сетевого уровня является маршрутизация — передача пакетов между двумя конечными узлами в составной сети. В сложных составных сетях существуют альтернативные маршруты для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Маршрут — это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения. Задачу выбора маршрута из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы. Маршрут выбирается на основании имеющейся у этих устройств информации о текущей конфигурации сети, а также на основании указанного критерия выбора маршрута. Обычно в качестве критерия выступает задержка прохождения маршрута отдельным пакетом или средняя пропускная способность маршрута для последовательности пакетов. Для того чтобы по адресу сети назначения можно было бы выбрать рациональный маршрут дальнейшего следования пакета, каждый конечный узел и маршрутизатор анализируют специальную информационную структуру, называемую таблицей маршрутизации. Когда на маршрутизатор поступает новый пакет, номер сети назначения, извлеченный из поступившего кадра, последовательно сравнивается с номерами сетей из каждой строки таблицы. Строка с совпавшим номером сети указывает, на какой ближайший маршрутизатор следует направить пакет. Поскольку пакет может быть адресован в любую сеть составной сети, то каждая таблица маршрутизации должна иметь записи обо всех сетях, входящих в составную сеть. Задачу маршрутизации решают не только промежуточные узлы-маршрутизаторы но и конечные узлы- компьютеры. Средства сетевого уровня, установленные на конечном узле, при обработке пакета должны, прежде всего, определить, направляется ли он в другую сеть или адресован какому-нибудь узлу данной сети.
Способы маршрутизации
Для автоматического построения таблиц маршрутизации маршрутизаторы обмениваются информацией о топологии составной сети в соответствии со специальным служебным протоколом. Протоколы этого типа называются протоколами маршрутизации. С помощью протоколов маршрутизации маршрутизаторы составляют карту связей сети, на основании которой для каждого номера сети принимается решение о рациональном направлении передачи пакетов. Результаты этих решений заносятся в таблицу маршрутизации. При изменении конфигурации сети некоторые записи в таблице становятся недействительными. В таких случаях пакеты, отправленные по ложным маршрутам, могут зацикливаться и теряться. От того, насколько быстро протокол маршрутизации приводит в соответствие содержимое таблицы реальному состоянию сети, зависит качество работы всей сети. Протоколы маршрутизации могут быть построены на основе разных алгоритмов, отличающихся способами построения таблиц маршрутизации, способами выбора наилучшего маршрута и другими особенностями своей работы.
Существуют следующие алгоритмы маршрутизации:
Одношаговые.
При выборе рационального маршрута определяется только следующий (ближайший) маршрутизатор, а не вся последовательность маршрутизаторов от начального до конечного узла. Эти алгоритмы в зависимости от способа формирования таблиц маршрутизации делятся на три класса: алгоритмы статической, простой и динамической маршрутизации.
Многошаговые алгоритмы или маршрутизация от источника.
Этот метод является прямо противоположным вышеописанному алгоритму и состоит в том, что узел-источник задает в отправляемом в сеть пакете полный маршрут его следования через все промежуточные маршрутизаторы. При использовании этого метода нет необходимости строить и анализировать таблицы маршрутизации. Это ускоряет прохождение пакета по сети, разгружает маршрутизаторы, но при этом большая нагрузка ложится на конечные узлы.
Функции маршрутизатора
Основная функция маршрутизатора — чтение заголовков пакетов сетевых протоколов, принимаемых и буферизуемых по каждому порту, и принятие решения о дальнейшем маршруте следования пакета по его сетевому адресу, включающему, как правило, номер сети и номер узла.
Функции маршрутизатора могут быть разбиты на три группы в соответствии с уровнями модели OSI: нижний уровень, уровень интерфейсов и уровень протоколов.
На нижнем уровне маршрутизатор, как и любое другое устройство, подключенное к сети, обеспечивает физический интерфейс со средой передачи, включая согласование уровней электрических сигналов, линейное и логическое кодирование, оснащение определенным типом разъема. В разных моделях маршрутизаторов часто предусматриваются различные наборы физических интерфейсов, представляющих собой комбинацию портов для подсоединения локальных и глобальных сетей. С каждым интерфейсом для подключения локальной сети неразрывно связан определенный протокол канального уровня (например , Ethernet, Token Ring, FDDI).
Уровень интерфейсов маршрутизатора выполняет набор функций физического и канального уровней по передаче кадра, включая получение доступа к среде, формирование битовых сигналов, прием кадра, подсчет его контрольной суммы и передачу поля данных кадра верхнему уровню, в случае если контрольная сумма имеет корректное значение. Кадры, которые поступают на порты маршрутизатора, после обработки соответствующими протоколами физического и канального уровней, освобождаются от заголовков канального уровня. Извлеченные из поля данных кадра пакеты передаются модулю сетевого протокола.
На уровне протоколов (сетевой и выше) из пакета извлекается заголовок сетевого уровня анализируется содержимое его полей и проверяется контрольная сумма. Если пакет пришел поврежденным, то он отбрасывается. Выполняется проверка на превышение времени, которое провел пакет в сети (время жизни пакета), допустимой величины. Модуль сетевого протокола маршрутизатора способен производить разбор и анализ отдельных полей пакета. Он оснащен развитыми средствами пользовательского интерфейса, позволяющие администратору без особых усилий задавать сложные правила фильтрации.
С сетевого уровня пакет, локальный адрес следующего маршрутизатора и номер порта маршрутизатора передаются канальному уровню. На основании указанного номера порта осуществляется коммутация с одним из интерфейсов маршрутизатора, средствами которого выполняется упаковка пакета в кадр соответствующего формата. В поле адреса назначения заголовка кадра помещается локальный адрес следующего маршрутизатора. Готовый кадр отправляется в сеть.
Протокол TCP/IP
Стек TCP/IP является самым популярным средством организации составных сетей. Стек состоит из 4 уровней, каждый из которых отвечает за организацию эффективной работы составной сети, построенной на основе разных сетевых технологий.
1 Прикладной уровень
2 Основной (транспортный) уровень
3 Уровень межсетевого взаимодействия
4 Уровень сетевых интерфейсов
Стержнем всей архитектуры является уровень межсетевого взаимодействия, который передает пакеты в режиме без установления соединений (дейтаграммным способом). Именно этот уровень обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя тот маршрут, который в данный момент является наиболее рациональным.
Потоком называют данные, поступающие от приложений на вход протоколов транспортного уровня TCP и UDP. Протокол TCP нарезает из потока сегменты. Единицу данных протокола UDP часто называют дейтаграммой. Дейтаграмма — это общее название для единиц данных, которым оперируют протоколы без установления соединений. К таким протоколам относится и протокол межсетевого взаимодействия IP. Дейтаграмму протокола IP называют также пакетом.
В стеке TCP/IP кадрами (фреймами) называют единицы данных протоколов, на основе которых IP-пакеты переносятся через подсети составной сети. При этом не имеет значения, какое название используется для этой единицы данных в локальной технологии.
Основным протоколом сетевого уровня в стеке TCP/IP является протокол IP, предназначенный для передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Поскольку протокол IP является дейтаграммным протоколом, он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения.
К уровню межсетевого взаимодействия относятся также все протоколы, связанные с составлением и модификацией таблиц маршрутизации. Это протоколы сбора маршрутной информации RIP и OSPF, а также протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP. Последний протокол предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом-источником пакета. С помощью специальных пакетов ICMP сообщает о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни или продолжительности сборки пакета из фрагментов, об аномальных величинах параметров, об изменении маршрута пересылки и типа обслуживания, о состоянии системы и т.п. Поскольку на сетевом уровне не устанавливаются соединения, то нет никаких гарантий, что все пакеты будут доставлены в место назначения или придут в том же порядке, в котором они были отправлены. Задачу обеспечение надежной информационной связи между двумя конечными узлами решает основной уровень стека TCP/IP, называемый также транспортным. На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP и протокол дейтаграмм пользователя UDP.
Протоколы уровня сетевых интерфейсов TCP/IP обеспечивают интеграцию в составную сеть других сетей независимо от того, какую бы внутреннюю технологию передачи данных эта сеть не использовала. В то же время для каждой технологии, включаемой в составную сеть подсети, должны быть разработаны собственные интерфейсные средства. К таким интерфейсным средствам относятся протоколы инкапсуляции IP–пакетов уровня межсетевого взаимодействия в кадры локальных технологий. Уровень сетевых интерфейсов в протоколах TCP/IP поддерживает стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей это протоколы соединений "точка-точка" (SLIP и PPP), протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов X.25, frame relay.
Глобальные сети
Глобальные сети объединяют источники информации, территориально расположенные на больших пространствах. Прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, из-за чего в глобальных сетях используются существующие линии связи. Поэтому к глобальным сетям также относятся телефонные, телеграфные и телексные сети, получившие название интегрированных.
Основная функция, которую выполняют глобальные сети — предоставление транспортных и высокоуровневых услуг.
Глобальная вычислительная сеть (ГВС) должна передавать информацию любого типа: пакеты локальных сетей, мини-компьютеров и мейнфреймов, факсы, трафики офисных АТС с выходом в городские, междугородные и международные телефонные сети, видеоизображения и высококачественный звук при организации видеоконференций, трафики кассовых аппаратов, банкоматов и т.д.
К высокоуровневым услугам относятся: поддержка служб прикладного уровня для абонентов глобальной сети; распространение публично-доступной аудио-, видео- и текстовой информации; организация интерактивного взаимодействия абонентов сети в реальном масштабе времени.
Основные элементы сети — это коммутаторы, соединенные выделенными каналами связи. Коммутаторы обрабатывают пакеты, кадры, ячейки. Для подключения конечных пользователей используются коммутируемые каналы телефонных сетей.
Конечные узлы или терминалы (DTE — Data terminal equipment) — это отдельные компьютеры, локальные сети, маршрутизаторы и мультиплексоры, которые используются для одновременной передачи по компьютерной сети данных и голоса или изображения.
Все эти устройства вырабатывают данные для передачи в глобальной сети, поэтому являются для нее устройствами типа DTE (Data Terminal Equipment). Локальная сеть отделяется от глобальной маршрутизатором или удаленным мостом, поэтому локальная сеть представляется единым устройством DTE — портом маршрутизатора или моста.
При передаче данных через глобальную сеть мосты и маршрутизаторы работают так же, как и при соединении локальных сетей.
Так как конечные узлы глобальной сети должны передавать данные по каналу связи определенного стандарта, то каждое устройство типа DTE требуется оснастить устройством типа DCE (Data Circuit terminating Equipment), обеспечивающее необходимый протокол физического уровня данного канала. В зависимости от канала для связи используются DCE трех основных типов: модемы для работы по выделенным и коммутируемым аналоговым каналам, устройства DSU/CSU для работы по цифровым выделенным каналам сетей техноло - гии TDM и терминальные адаптеры для работы по цифровым каналам сетей ISDN и АТМ.
Типы глобальных сетей
Принято различать следующие виды глобальных сетей: сети на основе выделенных каналов (каналы дальней связи); на основе коммутации каналов (телефонные сети); на основе коммутации пакетов.
Выделенные аналоговые линии
Обеспечивают готовый к немедленному использованию коммуникационный канал. Арендуемая телефонная линия быстрее и надежнее, чем коммутируемое соединение, хотя и дороже. Для аналоговых сетей с коммутацией каналов характерна неустойчивость соединения. Каждый сеанс связи полностью зависит от качества каналов, скоммутированных для этого конкретного сеанса. Достоинством сетей с коммутацией каналов является их распространенность. Недостатком аналоговых телефонных сетей является низкое качество составного канала, которое объясняется использованием телефонных коммутаторов устаревших моделей. На такие коммутаторы сильно воздействуют внешние помехи.
Цифровые выделенные линии
Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в первичных сетях, работающих на принципе разделения канала во времени — ТДМ. Существует два поколения технологий первичных цепей — технология плезиосинхронной (почти) цифровой иерархии (PDH) и более поздняя технология синхронная цифровая иерархия (SDH/SONET). Технология плезиосинхронной цифровой иерархии (PDH): разработана аппаратура Т1. Цифровой подход позволяет мультиплексировать, передавать и коммутировать данные 24-х абонентов. Преобразование в цифру и обратно осуществляется в мультиплексорах с частотой 8000 Гц и 256 уровнями дискретизации (8 бит). В результате каждый абонентский канал формирует цифровой поток 64 Кбит/с. Для повышения скорости передачи была образована иерархия скоростей. Четыре канала Т1 объединяются в канал следующего уровня иерархии Т2, передающий со скоростью 6,312 Мбит/с, а семь каналов Т2 дают при объединении канал Т3, передающий со скоростью 44,746 Мбит/с. Аппаратура Т1, Т2, Т 3 может взаимодействовать между собой, образуя иерархическую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей.
Высокоскоростные системы цифровой передачи.
Системы SDH/SONET: Система SONET наряду с SDH использует наиболее современные и перспективные процедуры цифровой передачи информации, скорость работы которой практически ничем, кроме пропускной способности каналов связи, не ограничена. В системах типа Е или Т при повышении скорости сильно усложняются процедуры синхронизации, и поэтому их не используют на скоростях более 150 Мбит/сек. Основная цель — создание технологии, позволяющей передавать трафик всех существующих цифровых каналов по высокоскоростной магистрали на волоконно-оптических кабелях и поддерживающих общепринятую иерархию скоростей PDH. SONET ориентирован на работу в частных сетях, а SDH — в сетях общего пользования. Это определяется тем, что процедура уплотнения низкоскоростных потоков в единую систему передачи организована в SDH лучше, чем в SONET. Базовой иерархической структурой в SONET является так называемый синхронный транспортный сигнал (STS — Synchronous Transport Signal). STS — это стандартная форма кадров данных системы передачи, причем для разных скоростей эта форма остается постоянной, меняется только ее содержание.
Базовой скоростью в иерархии SONET является 51.84 Мбит/сек . Кадры, передаваемые с такой скоростью, называются STS-1. Полная иерархия, принятая в SONET, представлена на рисунке 4.8. Технология АТМ, опи- рается на кадры STS-3 или STM-1, т.е. на 155.52 Мбит/сек и на STS-12 или STM-4, т.е. на 622 мбит/сек. Можно заметить, что скорость работы системы STS-n определяется как 51.84*n.
Кадр данных SDH по-другому также можно назвать STM (Synchronous Transfer Module). Все ступени ие- рархии SDH им еют точный аналог по скорости в структуре SONET.
Глобальные связи на основе сетей с коммутацией каналов
Сети с использованием коммутации каналов являются широко используемыми, т.к. на них построены телефонные сети. Этим обусловлена низкая стоимость услуг связи. Телефонные сети делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от способа мультиплексирования або нентских каналов. Аналоговыми называют сети, которые принимают данные от абонентов аналоговой формы, то есть от классических аналоговых телефонных аппаратов, а мультиплексирование и коммутацию осуществляют как аналоговыми методами, так и цифровыми. Цифровыми называются сети, в которых на абонентских окончаниях информация представлена в цифровом виде и используются цифровые методы мультиплексирования и коммутации. К телефонным сетям с цифровыми абонентскими окончаниями относятся так называемые службы Switched 56 (коммутируемые каналы 56 Кбит/с) и цифровые сети с интегральными услугами ISDN (Integrated Services Digital Network).
Аналоговые телефонные сети
Всемирная сеть, которую использует телефон и которая может быть доступна компьютерам, называется общедоступной коммутируемой телефонной сетью (PSTN). В вычислительной среде ее можно рассматривать как один большой канал связи для ГВС (для передачи речи PSTN предлагает коммутируемые телефонные линии). Изначально PSTN была создана для передачи речи, поэтому она обладает низкой скоростью, а модемы, которые необходимы для связи по коммутируемым аналоговым линиям, также не увеличивают скорость. Со средней пропускной способностью 9600 Кбит/с коммутируемые аналоговые линии, оснащенные модемами, подходят только для пользователя с минимальными требованиями к времени реакции системы. Максимальная на сегодня пропускная способность в 56 Кбит/с достигается только в том случае, если все коммутаторы в сети на пути следования данных являются цифровыми.
В телефонных коммутаторах аналоговых телефонных сетей могут использоваться два принципа коммутации — аналоговый, основанный на частотном разделении канала (FDM), и цифровой, основанный на разделении канала во времени (TDM).
Для передачи данных по аналоговым коммутируемым телефонным каналам используют модемы, которые поддерживают процедуру автовызова абонента и работают по 2-проводному окончанию. Для передачи данных по коммутируемым каналам разработан ряд основных стандартов, определяющих скорость и метод кодирова- ния сигналов: V.21, V.22, V.22 bis, V.26 ter, V.32, V.32 bis, V.34, V.34+. На практике сегодня в основном применяют модемы, поддерживающие стандарт V.34+, которые могут адаптироваться к качеству линии.
Цифровые сети с коммутацией каналов
Цифровые сети с коммутацией каналов представлены двумя технологиями: Switched 56 и ISDN. Switched 56 — это переходная технология, которая основана на предоставлении пользователю 4-проводного цифрового абонентского окончания, но со скоростью 56 Кбит/с. Коммутаторы такой сети работают с использованием цифровой коммутации. Технология Switched 56 обеспечивает соединение компьютеров и локальных сетей со скоростью 56 Кбит/с.
ISDN разработаны для объединения в одной сети различных транспортных и прикладных служб. ISDN предоставляет своим абонентам услуги выделенных каналов, коммутируемых каналов, а также коммутацию пакетов.
Компьютерные глобальные сети с коммутацией пакетов
Сети на основе коммутируемых каналов используют сетевые протоколы IP или IPX поверх физического и канального уровней, которые применялись и для объединения локальных сетей. Однако для глобальных сетей с коммутацией пакетов, таких как Х.25, frame relay или АТМ, характерна оригинальная техника маршрутизации пакетов, основанная на понятии "виртуальный канал" и обеспечивающая эффективную передачу долговременных устойчивых потоков данных.
Техника виртуальных каналов, используемая во всех территориальных сетях с коммутацией пакетов, кроме TCP\IP, состоит в следующем. Сначала устанавливается виртуальное соединение между абонентами сети — терминалами, маршрутизаторами или компьютерами. Существуют два типа виртуальных соединений — коммутируемый виртуальный канал SVC (Switched Virtual Circuit) и постоянный виртуальный канал PVC (Permanent Virtual Circuit). При создании коммутируемого виртуального канала коммутаторы сети настраиваются на передачу пакетов динамически (по запросу абонента), а создание постоянного виртуального канала происходит заранее путем посылки соответствующих пакетов. При этом маршрутизация пакетов между коммутаторами сети на основании таблиц маршрутизации происходит только один раз — при создании виртуального канала. После создания виртуального канала передача пакетов коммутаторами происходит на основании так называемых номеров или идентификаторов виртуальных каналов (Virtual Channel Identifier, VCI). Каждому виртуальному каналу присваивается значение VCI на этапе создания виртуального канала. Это значение имеет не глобальный характер, как адрес абонента, а локальный — каждый коммутатор самостоятельно нумерует новый виртуальный канал. Кроме нумерации виртуального канала, каждый коммутатор при создании этого канала автоматически настраивает так называемые таблицы коммутации портов. Эти таблицы описывают, на какой порт нужно передать пришедший пакет, если он имеет определенный номер VCI. После прокладки виртуального канала через сеть коммутаторы больше не используют для пакетов этого соединения таблицу маршрутизации, а продвигают пакеты на основании номеров VCI небольшой разрядности. Сами таблицы коммутации портов также включают обычно меньше записей, чем таблицы маршрутизации, так как хранят данные только о действующих на данный момент соединениях, проходящих через данный порт. Режим продвижения пакетов на основе готовой таблицы коммутации портов обычно называют не маршрутизацией, а коммутацией и относят не к третьему, а ко второму (канальному) уровню стека протоколов.
Сети Х.25
Сети Х.25 являются на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемые для построения корпоративных сетей. Сети Х.25 хорошо работают на ненадежных линиях благодаря протоколам с установлением соединения и коррекцией ошибок на двух уровнях — канальном и сетевом.
Сеть Х.25 состоит из коммутаторов S (Switches), называемых также центрами коммутации пакетов ЦКП, расположенных в различных географических точках и соединенных высокоскоростными выделенными каналами. Выделенные каналы могут быть как цифровыми, так и аналоговыми.
Протоколы сетей Х.25 были специально разработаны для низкоскоростных линий с высоким уровнем помех. Именно такие линии составляют большую часть телекоммуникационной структуры нашей страны, поэтому сети Х.25 будут по-прежнему еще долго являться наиболее рациональным выбором для многих пользователей.
Сети frame relay
Сети frame relay — сравнительно новые сети, которые гораздо лучше подходят для передачи пульсирующего трафика локальных сетей по сравнению с сетями Х.25. Преимущество сетей frame relay заключается в их низкой протокольной избыточности и дейтаграммном режиме работы, что обеспечивает высокую пропускную способность и небольшие задержки кадров. Сети frame relay обеспечивают скорость передачи данных до 2 Мбит/с.
Технология frame relay использует для передачи данных технику виртуальных соединений, аналогичную той, которая применяется в сетях Х.25, однако стек протоколов frame relay передает кадры по протоколам только физического и канального уровней, в то время как в сетях Х.25 и после установления соединения пользовательские данные передаются протоколом 3-го уровня. В сети frame relay обнаруженные в кадрах искажения не исправляются: подразумевается, конечные узлы будут обнаруживать и корректировать ошибки за счет работы протоколов транспортного или более высоких уровней. В этом отношении технология frame relay близка к технологиям локальных сетей.
Проектное задание к модулю 1
Разработайте структурную схему канала связи с использованием ИКМ и сформулируйте требования к каждому составному звену канала.
Вопрос 1. Теорема Шеннона :
а: Ограничивает предельную пропускную способность канала с заданной верхней частотой спектра сигнала
б: Ограничивает предельную пропускную способность канала с заданными полосой пропускания и отношением "сигнал/шум" в канале
в: Определяет требуемую частоту дискретизации сигнала в зависимости от верхней частоты спектра сигнала
Вопрос 2. Чему равна минимально допустимая частота дискретизации сигнала F д , если известна полоса пропускания сигнала F ?
а: F
б: 2F
в: 4F
Вопрос 3. Существенно улучшить отношение сигнал/шум в случае телеграфии или телефонии можно:
а: Простым подавлением высокочастотной составляющей сигнала
б: Добавлением еще одной линии передачи с более низкой частотой
в: Отправлением по линии передачи помехоустойчивого кода
МОДУЛЬ 2. СЕТИ ISDN
Комплексная цель модуля 2
Изучение принципов построения сетей ISDN, организации цифровых каналов и систем сигнализации.
ЛЕКЦИЯ 4. ЦИФРОВОЙ КАНАЛ Е1
Канал Е1: общие сведения
В цифровых системах передача сигнала идет в виде двоичных данных, так как параметр сигнала может принимать только два значения. Цифровые сигналы так же, как и аналоговые, подвержены ослаблению и воздействию шумов. Поскольку цифровые сигналы дискретны, то при прохождении их через канал необходимо отмечать только отсутствие или наличие сигнального импульса. Цифровые сигналы можно полностью реконструировать прежде, чем они исказятся настолько, что их точное восстановление будет выполнено с большой вероятностью ошибки. Для восстановления параметров сигналов используются регенераторы, устанавливаемые через определенные промежутки цифрового тракта.
Для передачи интегральной информации целесообразно использовать цифровые телефонные каналы, где полоса пропускания и скорость передачи спроектированы для передачи речевых сообщений. Для передачи данных, видео, высококачественного звука необходимо пользоваться объединением выделенных полос, или цифровой иерархией. Основой для цифрового телефонного сигнала является канал 64 кбит/сек, который возглавляет иерархию каналов передачи. Существует две принципиально разных структуры иерархии — американская и европейская. В европейской системе мультиплексирование производится всегда ступенями по четыре, в американской оно меняется.
Канал Е1 является основным каналом, используемым во вторичных сетях телефонии, передачи данных и ISDN. Этот канал имеет несколько особенностей, связанных с его использованием, а именно сверхцикловую структуру и канал сигнализации, используемый во вторичных сетях цифровой телефонии и ISDN.
Канал Е1 обычно является "пограничным" каналом между первичной и вторичными сетями. Структура систем передачи Е1 включают три уровня эталонной модели OSI: физический, канальный и сетевой. Физический уровень описывает электрический интерфейс потока Е1, а также параметры сигнала Е1.
Канальный уровень описывает процедуры мультиплексирования и демультиплексирования каналов более низкого уровня иерархии (ОЦК 64 кбит/с и каналов ТЧ) в поток Е1, цикловую и сверхцикловую структуру потока Е1, встроенные процедуры контроля ошибок и т.д. Наконец, сетевой уровень описывает процедуры управления каналами Е1 в первичной сети, а также контроль параметров ошибок на сетевом уровне. Этот уровень является относительно неполным и включает всего лишь несколько процедур. Основным же для рассмотрения систем передачи Е1 является структура канального уровня. Рассмотрим более подробно структуру каждого из трех уровней систем Е1.
Физический уровень потока Е1
Физический уровень потока Е1 включает в себя описание электрических параметров интерфейсов Е1 и параметров сигналов передачи, включая структуру линейного кода. Рассмотрим наиболее важные эксплуатационные параметры физического уровня Е1.
Основные характеристики интерфейса следующие:
Скорость передачи - 2048 кбит/с ± 50 ppm (1 ppm (point per million) = 10-6), таким образом, допускается отклонение частоты передаваемого сигнала (2048 кГц) ± 102,4 Гц
Используемые типы кодирования: HDB3, либо AMI. Использование кода AMI в настоящее время уже не рекомендуется, однако ряд старых цифровых систем передачи могут использовать этот код.
AMI - это наиболее простой формат линейного кодирования. AMI расшифровывается как инверсия альтернативного бита. Этот формат использует инверсию каждой следующей единицы. В большинстве случаев AMI не используется, поскольку этот формат линейного кодирования приводит к частым потерям синхронизации в случае длинных последовательностей нулей.
Формат линейного кодирования HDB3 был специально разработан для решения проблем синхронизации, возникающих в случае использования AMI. В формате HDB3 за последовательностью из четырех последовательных нулей следует двухимпульсная вставка "плюс импульс-минус импульс". Оборудование на удаленном конце принимает поток Е1 и заменяет двухимпульсные вставки на последовательность нулей, восстанавливая исходную последовательность данных. Таким образом, код HDB3 обеспечивает большую плотность импульсов в потоке, что дает лучшие параметры синхронизации по принимаемому сигналу.
Существуют два стандарта на параметры физического интерфейса Е1: симметричный интерфейс на 120 Ом и коаксиальный (несимметричный) интерфейс 75 Ом. Им соответствую значения пикового напряжения в 3 В и 2,37 В. Следует отметить, что оба типа интерфейсов могут реально встретиться в отечественной практике. Симметричный интерфейс 120 Ом получил наибольшее распространение в Европе и является официальным стандартом для России. Интерфейс 75 Ом получил широкое распространение на американо-канадском рынке.
Канальный уровень потока Е1
Параметры канального уровня потока Е1 включают в себя цикловую и сверхцикловую структуру потока, описание процедур контроля ошибок по цикловому избыточному коду (CRC), а также описание процедур мультиплексирования и демультиплексирования каналов ТЧ в поток Е1. Последние включают в себя процедуры дискретизации, квантования и компандирования аналогового сигнала, описанные во всех учебниках по современным средствам связи и ниже описываться не будут. Рассмотрим цикловую структуру потока Е1 и встроенные процедуры контроля ошибок.
При передачи по первичной сети цифровой поток преобразуется в блоки стандартной логической структуры - циклы. Цикловая структура обеспечивает работу мультиплексирования и демультиплексирования, передачу управляющей информации, встроенную диагностику по параметру ошибок в цифровой системе передачи. Существует три основных варианта цикловой структуры Е1: неструктурированный поток, с цикловой структурой и с цикловой и сверхцикловой структурой.
Неструктурированный поток Е1 используется в сетях передачи данных и не имеет цикловой структуры, т.е. разделения на каналы (обычно это мультиплексирование каналов ОЦК - 64 кбит/с).
Поток Е1 с цикловой структурой предусматривает разделение на 32 канала ОЦК по 64 кбит/с в форме разделения на канальные интервалы (Time Slot - TS) от 0 до 31. Для каждого канального интервала в составе цикла отводится 8 битов, таким образом длина цикла равна 256 битов, что при заданной скорости передачи Е1 составляет 125 мкс (длительность одного цикла). Нулевой канальный интервал отводится под передачу сигнала цикловой синхронизации FAS (Frame Alignment Signal).
В отечественной терминологии вариант потока Е1 с цикловой структурой получил название ИКМ-31. Он используется в ряде систем передачи данных, а также в некоторых приложения ОКС7, ISDN и B-ISDN. В ряде случаев аппаратура передачи/приема Е1 использует еще и шестнадцатый канальный интервал (TS-16) для передачи информации о сигнализации, связанной с разговорным каналом (сигнализации CAS).
В этом случае поток Е1 имеет дополнительно к цикловой структуре еще и сверхцикловую структуру (MFAS - Multi Frame Alignment Signal). В отечественной терминологии такой вариант цикловой структуры Е1 получил название ИКМ-30. При этом 16 циклов объединяются в сверхцикл размера 4096 битов и длительностью 2 мс. Когда идет передача/прием информации в виде сверхциклов MFAS, индивидуальная информация FAS каждого цикла теряет значимость. Необходимо рассматривать всю информацию FAS - 16 циклов.
Передача потока Е1 с цикловой структурой ИКМ-30 имеет важный механизм - процедуру встроенной диагностики параметров ошибки.
Сетевой уровень потока Е1
Стандартизация систем передачи Е1 охватывает также третий, сетевой уровень, где осуществляются процедуры управления первичной сетью. При работе процедур управления, они широко используют сигналы о неисправностях, генерируемые в современных цифровых системах передачи, а также сигналы о возникновении ошибок, фиксируемые встроенными средствами диагностики. Эта информация собирается в узлах системы управления и обрабатывается. Таким образом, сетевой уровень Е1 включает в себя набор определенных служебных сигналов и сообщений, используемых системой управления первичной сетью. Такие сообщения делятся на три категории:
· сообщения о возникновении ошибок в системе передачи;
· сообщения о неисправностях, возникающих в системе передачи;
· сообщения, используемые для реконфигурации первичной сети и восстановлении плана синхронизации.
ЛЕКЦИЯ 5. СЕТИ ISDN
Абонентские линии ЦСИО
Хотя передача цифровой информации по существующим аналоговым абонентским линиям начала применяться уже давно, например, при факсимильной связи, возможности передающей среды использовались далеко не полностью. Факсимильное сообщение передавалось на частотах разговорного канала, а скорость передачи, в лучшем случае, составляла 28.8 Кбит/с, причем для большинства абонентских линий были доступны только 9.6 Кбит/с.
Цифровая абонентская линия может обеспечить гораздо большие скорости передачи почти по всем медным парам и с меньшей, чем при связи в полосе тональных частот, стоимостью. Имеются и некоторые другие преимущества цифровых линий перед аналоговыми: легкость мультиплексирования нескольких разговорных каналов по принципу временного уплотнения, простота кодирования, новые возможности абонентской сигнализации, использование современной элементной базы и т.п. Справедливости ради следует отметить и некоторые недостатки цифровой передачи: неизбежные искажения при преобразовании исходных речевых сигналов в цифровой формат, более жесткие требования к полосе пропускания, проблемы с эхом из-за увеличения задержек и др.
Столь основополагающее понятие, как универсальная цифровая сеть с интеграцией служб электросвязи, требует предварительного международного соглашения. После обсуждения в мировом масштабе в МККТТ были определены следующие основные показатели цифровой сети с интеграцией служб ISDN (Integrated Services Digital Network).
1. Основой ISDN является цифровизируемая телефонная сеть, т.е. сеть на базе цифровых телефонных каналов 64 Кбит/с. Поэтому по сути ISDN – сеть с коммутацией каналов, однако в ней возможна также передача данных с коммутацией пакетов.
2. Соединения от абонента к абоненту проходят по непрерывному цифровому каналу.
3. Основной доступ (BRI или BA) для одного пользователя предусматривает образование в обоих направлениях по два основных канала 64 Кбит/с (B - каналы) и одному вспомогательному каналу 16 Кбит/с (D - канал) по 4-килогерцной проводной линии; соединения через оба канала 64 Кбит/с могут быть организованы в различных направлениях. Кроме того, определен первичный доступ (PRI), который в зависимости от применяемой системы передачи может охватывать до 24 или 30 информационных каналов 64 Кбит/с и один вспомогательный канал 64 Кбит/с. Основной и первичный доступ могут быть организованы на парах медных жил существующих абонентских линий. Если использовать оптические волокна, то в ISDN можно также сформировать понятия доступа, содержащего широкополосные каналы, например, для передачи подвижных изображений.
4. Каждая установка пользователя имеет только один номер для вызова независимо от количества и вида служб связи (речь, текст, данные, изображения), которыми пользуется абонент.
5. Универсальный стык пользователь – сеть позволяет подключить различные оконечные установки для различных видов информации к единой «штепсельной розетке связи». При этом стандартизованы процедуры пользователя для установления и разрушения соединения.
6. Различные оконечные аппараты одной установки пользователя могут быть включены в конфигурации типа «шина» и «звезда». Сеть организует соединения не только между установками пользователя, но и, кроме того, между теми оконечными аппаратами установок пользователя, которые соответствуют требуемой конкретной службе и являются совместимыми.
Для пользователя ISDN прежде всего важны следующие преимущества.
1. Службы и характеристики ISDN открывают новые возможности ее применения и увеличения числа соединений через сеть связи.
2. Организация двух основных каналов на одной линии пользователя повышает практическую ценность существующих абонентских линий.
3. Единая всеобщая сеть связи с унифицированной для всех служб техникой приводит к унификации эксплуатации и технического обслуживания.
4. Гибкость цифровой сети позволяет также вводить новые службы связи при сравнительно низких затратах.
Итак, основное назначение цифровых абонентских линий ISDN - базовый доступ по двум B-каналам, каждый на скорости 64 Кбит/с, и одному D-каналу на скорости 16 Кбит/с по 4-килогерцной проводной линии и обеспечение интегрированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс, данные и пр.). Использование для этой цели телефонных проводов имеет два преимущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи питания на терминальное оборудование.
ITU-T произвольно определил следующие функциональные группы абонентских устройств ISDN (рис. 1):
ТЕ1 - терминал ISDN,
ТЕ2 - несовместимый с ISDN терминал,
ТА - терминальный адаптер для подключения несовместимых с ISDN терминалов,
NT1 - сетевое окончание уровня 1, NT2 - сетевое окончание уровней 2,3.
Рис.1. Абонентское оборудование и интерфейсы ISDN
Терминалы ТЕ-1 полностью совместимы со стандартами ISDN и подключаются к этой сети через четырехпроводный интерфейс, в котором по принципу временного разделения организованы 3 канала, обозначаемые как В, В, D (или 2B+D). B-каналы имеют пропускную способность 64 Кбит/с, а пропускная способность D-канала составляет 16 Кбит/с. Такой интерфейс называется базовым (BRI - basic rate interface). ISDN предусматривает подключение к одному интерфейсу 2B+D до 8 терминалов ТЕ1.
Терминалы ТЕ-2 несовместимы с ISDN и требуют наличия устройства сопряжения, известного как терминальный адаптер ТА (terminal adapter). ТА преобразует сигналы других стандартов, например, RS-422, EIA-232 или V.35 в стандарт ISDN. Имеются ТА для подключения 25-контактных разъемов интерфейсов RS-232C, 34-контактных разъемов широкополосных модемов V.35, 15-контактных разъемов интерфейсов сетей передачи данных Х.20, Х.21, Х.22, интерфейсов RS-449, RS-410 и т.д. Оборудование ТА может устанавливаться не только на правах внешнего модема, но и в качестве встраиваемого в ТЕ2 слота.
Имеются две категории сетевых окончаний: NT 1 и NT 2. Функциональный блок NT1 включает в себя основные функции сетевого окончания и обычно представляет собой настенную коробку, устанавливаемую оператором сети общего пользования. В функции NT1 входят подача питания к абонентской установке, обеспечение технического обслуживания линии и контроля рабочих характеристик, синхронизация, мультиплексирование на первом (физическом) уровне модели взаимодействия открытых систем и разрешение конфликтов доступа.
Функциональный блок NT2 выполняет функции обработки протоколов уровней 2 и 3, мультиплексирования, коммутации и концентрации, а также функции технического обслуживания и некоторые функции уровня 1. В качестве функционального блока NT2 могут выступать УАТС, локальная сеть или терминальный адаптер. Функции NT1 и NT2 могут объединяться в едином физическом оборудовании обозначаемом просто NT.
На встречной стороне цифровой абонентской линии в АТС устанавливаются линейное окончание LT и станционное окончание ЕТ
Интерфейсы в опорных точках
Представленная на рис. 1 функциональная модель цифровой абонентской линии ISDN содержит 4 опорные точки: R, S, T, U.
Интерфейс в точке R связывает несовместимое с ISDN оборудование ТЕ2 с терминальным адаптером ТА. В этой точке могут функционировать синхронные и асинхронные интерфейсы, определенные, в частности, рекомендациями ITU-T серий V и X.
Интерфейс в точке S, известный как интерфейс «пользователь-сеть», соединяет ISDN-совместимое терминальное оборудование с сетевым окончанием. Этот интерфейс стандартизован по трем уровням:
уровень 1 (рекомендация I.430),
уровень 2 (рекомендация Q.921),
уровень 3 (рекомендация Q.931).
Стандартизация S-интерфейса имеет первостепенное значение, так как именно здесь требуется совместимость терминалов и определенная независимость от изготовителя. Для уровня 1 стандартизируются следующие атрибуты интерфейса: электрические, функциональные, механические и процедурные. Электрические атрибуты описывают уровни, напряжения, емкость, временные параметры электрических сигналов и др. Функциональные атрибуты описывают функции, выполнение которых должен обеспечивать физический интерфейс, такие как управление, синхронизация, передача данных. Механические атрибуты описывают размеры разъемов, количество и типы проводов для интерфейса. Процедурные атрибуты описывают, что должен выполнять интерфейс, и последовательность событий, связанную с передачей сигналов через интерфейс.
Через интерфейс в точке S, когда он полностью активизирован, происходит непрерывная передача битов в обоих направлениях между NT и ТЕ со скоростью 192 Кбит/с. Эти 192 Кбит/с составляют два B-канала по 64 Кбит/с, один D-канал 16 Кбит/с и ресурс 48 Кбит/с для синхронизации циклов и техобслуживания в пределах уровня 1. Структура цикла в точках S и Т приведена на рис. 2.
Структура меняется в зависимости от направления передачи между NT и ТЕ, но идентична для конфигурации «точка-точка» и для многоточечной конфигурации. Циклы имеют длину 48 битов и передаются из ТЕ и NT каждые 250 мкс. Первый бит цикла, передаваемого к NT, задерживается на два битовых периода по отношению к первому биту цикла, принимаемого от NT.
Цикл длительностью 250 мкс обеспечивает скорость 4000 циклов в секунду (1 секунда/0.00025 = 4000) и скорость передачи 192 Кбит/с (4000*48 = 192000). Однако в каждом цикле имеются 12 служебных битов, поэтому скорость передачи данных пользователя составляет 144 Кбит/с (4000*[48-12] = 144000).
Первые два бита цикла - синхронизирующий бит (F) и симметрирующий бит (L). Эти биты используются для цикловой синхронизации. Кроме того, бит L используется в цикле ТЕ для электрического симметрирования цикла, а в цикле NT - для электрического симметрирования каждого байта В-канала и каждого бита D-канала. Дополнительный бит цикловой синхронизации (Fa) и бит N (только в цикле NT) также используются в процедурах цикловой синхронизации. Бит А (только в цикле NT) используется для активизации и деактивизации ТЕ. Биты эха гарантируют, что тракт свободен перед попыткой передачи со стороны ТЕ.
Интерфейс в точке T связывает оборудование пользователя с находящимся в помещении пользователя сетевым окончанием NT1.
Интерфейс в точке U является интерфейсом между оборудованием NT1 и оборудованием АТС. К сожалению, точка U не определена в рекомендациях ITU-T, поскольку форма сигналов в интерфейсе U должна быть согласована с физическими характеристиками линий, которые в разных странах отличаются друг от друга.
В документах и рабочих материалах, утвержденных Госкомсвязи РФ, в частности, в Общих технических требованиях на средства связи для подключения к ISDN, на участке U-интерфейса нормируется применение кода 2В1Q.
Интерфейс в точке V . Опорная точка V была определена относительно недавно. Эта точка находится между оборудованием линейного окончания (LT) на станционном конце абонентской линии и станционным окончанием (ET). Предоставляется возможность совместного использования коммутационного оборудования разных производителей с различными системами абонентского доступа, включая беспроводные линии связи, а также оптико-волоконные линии и кабели с медными жилами.
Е DSS -1
Разработанный ITU-T протокол цифровой абонентской сигнализации №1 ((Е) DSS -1 – ( European ) Digital Subscriber Signaling 1) между пользователем ISDN и сетью ориентирован на передачу сигнальных сообщений через интерфейс «пользователь-сеть» по D-каналу этого интерфейса. Международный союз электросвязи (ITU-T) определяет канал D в двух вариантах:
а) канал 16 Кбит/с, используемый для управления соединениями по двум В-каналам;
б) канал 64 Кбит/с, используемый для управления соединениями по нескольким (до 30) В-каналам.
Концепции общеканальной сигнализации протоколов DSS-1 и ОКС-7 весьма близки, но эти две системы были специфицированы в разное время и разными Исследовательскими комиссиями ITU-T, а потому используют различную терминологию.
Архитектура протокола DSS-1 разработана на основе семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (модели OSI) и соответствует ее первым трем уровням.
В данной модели более низкий уровень всегда предоставляет услуги более высокому уровню. Взаимодействие между разными уровнями осуществляется в рамках одной системы, а взаимодействие между одинаковыми уровнями означает взаимодействие между системами. Сообщения, используемые для обмена между разными уровнями одной системы, обычно называют примитивами.
В контексте этой модели пользователь и сеть именуются системами, а протокол определяется спецификациями:
• процедур взаимодействия между одними и теми же уровнями в разных системах, определяющих логическую последовательность событий и потоков сообщений;
• форматов сообщений, используемых для процедур организации логических соединений между уровнем в одной системе и соответствующим ему уровнем в другой системе. Форматы определяют общую структуру сообщений и кодирование полей в составе сообщений;
• примитивов, описывающих обмен информацией между смежными уровнями одной системы. Благодаря спецификациям примитивов интерфейс между смежными уровнями может поддерживаться стабильно, даже если функции, выполняемые одним из уровней, изменяются.
Уровень 1 (физический уровень) протокола DSS-1 содержит функции формирования каналов В и D, определяет электрические, функциональные, механические и процедурные характеристики доступа и предоставляет физическое соединение для передачи сообщений, создаваемых уровнями 2 и 3 канала D. К функциям уровня 1 относятся:
• подключение пользовательских терминалов ТЕ к шине S-интерфейса с доступом к каналам В и D;
• подача электропитания от АТС для обеспечения телефонной связи в случае отказа местного питания;
• обеспечение работы в режиме «точка-точка» и в многоточечном вещательном режиме.
Структура кадра передаваемого/принимаемого на этом уровне показана на рис.2.
Уровень 2 звена, известный также под названием LAPD (link access protocol for D-channels), обеспечивает использование D-канала для двустороннего обмена данными при взаимодействии процессов в терминальном оборудовании ТЕ с процессами в сетевом окончании NT. Протоколы уровня 2 предусматривают мультиплексирование и цикловую синхронизацию для каждого логического звена связи, поскольку уровень 2 обеспечивает управление сразу несколькими соединениями звена данных в канале D. Кроме того, функции уровня 2 включают в себя управление последовательностью передачи для сохранения очередности следования сообщений через соединение, а также обнаружение и исправление ошибок в этих сообщениях.
Уровень 3 (сетевой уровень) предполагает использование следующих протоколов:
• протокол сигнализации, определенный в рекомендации I.451 или Q.931. В этом случае протокол сигнализации используется для установления и разрушения базовых соединений, а также для предоставления дополнительных услуг;
• протокол передачи данных в пакетном режиме, определенный в рекомендации Х.25;
• другие протоколы, которые могут быть определены в будущем.
QSIG
Будучи весьма похожим на протокол DSS-1, протокол QSIG отличается от него в области поддержки дополнительных услуг и механизма организации ввода новых услуг.
До недавнего времени территориально разнесенные учрежденческие АТС (УАТС), обслуживающие нужды одного предприятия, соединялись между собой либо через телефонную сеть общего пользования (ТфОП), либо с помощью выделенных аналоговых или цифровых соединительных линий (tie lines). По мере роста объема и расширения спектра деловой информации (не только телефонная связь между абонентами, но и обмен данными, изображениями и мультимедийной информацией) постепенно образовывались современные сложные корпоративные сети связи (рис. 4).
Созданный специально для корпоративных сетей протокол QSIG, обеспечивающий совместную работу УАТС различных производителей, является современной, мощной и интеллектуальной системой сигнализации, спроектированной специально для удовлетворения требований в отношении многофункциональных услуг учрежденческо-производственной связи.
Протокол QSIG был назван так из-за того, что он специфицирован для интерфейса в опорной точке Q. Другое название - PSS1 -Private Integrated Signalling System Number 1 (ведомственная интегральная система сигнализации №1) - было выбрано по аналогии с названием протокола DSS-1. В опорной точке Q, определенной стандартом ENV41004, находится интерфейс, через который учрежденческая АТС включается в корпоративную сеть интегрального обслуживания.
Применение QSIG не предъявляет никаких особых требований к топологии сети, оно возможно в любой сетевой конфигурации. Не существует ограничений и на количество узлов сети, и на план нумерации, которые могут быть использованы в сети QSIG. Так как QSIG определяется для логической опорной точки Q, протокол допускает использование самых разных физических интерфейсов, включая: аналоговые 2/4-проводные линии, цифровые арендованные линии, интерфейсы с первичной и базовой скоростями передачи, линии радиосвязи и спутниковой связи, а также коммутируемые каналы виртуальной учрежденческой сети (VPN), предоставляющей для связи между УАТС ресурсы сети общего пользования.
Протоколы физического уровня и уровня звена данных в QSIG и DSS-1 практически идентичны, и это обеспечивает совместимость услуг ISDN общего пользования и услуг корпоративных сетей интегрального обслуживания.
На уровне 3 протоколы QSIG и DSS-1 различаются. В отличие от DSS-1, протокол QSIG не рассчитан на использование в абонентском интерфейсе, но зато может обеспечивать транзитную связь и связь между разными корпоративными сетями. Имеются существенные различия в составе и способах реализации протоколами DSS-1 и QSIG дополнительных услуг. Кроме дополнительных услуг, поддерживаемых DSS-1, QSIG предусматривает услуги, специально ориентированные на пользователей систем учрежденческо-производственной связи: идентификацию имени, вмешательство в соединение, временный запрет входящей связи с определенными уровнями активизации и отмены, замену тракта, услуги оператора, услуги мобильной связи, завершение соединений, не состоявшихся из-за отсутствия ответа и т.п.
В отличие от DSS-1, QSIG является симметричным протоколом, обеспечивающим взаимодействие между равноправными узлами сетей, т.е. обе стороны интерфейса идентичны. Уровень 3 протокола QSIG состоит из двух подуровней: QSIG-BC и QSIG-GF.
Подуровень QSIG-BC (Basic Call) предназначен для управления так называемым базовым соединением, т.е. соединением без предоставления дополнительных услуг. Подуровень обеспечивает совокупность процедур, предназначенных для установления, поддержки и разрушения базового соединения.
Подуровень QSIG-GF (Generic Functional) предназначен для управления дополнительными услугами и использует для транспортировки сигнальной информации специальный механизм переноса сообщений.
Для предоставления конкретной дополнительной услуги может быть использована как ассоциированная с базовым соединением процедура передачи сигнальной информации QSIG-GF (пользователь имеет возможность запросить дополнительную услугу на том или ином этапе базового соединения), так и независимая от базового соединения процедура.
МОДУЛЬ 3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ISDN
Комплексная цель модуля 3
Изучение специальных вопросов ISDN: применения широкополосной B-ISDN, администрирования и диагностики сетей ISDN, а также проблем распространения ISDN в России.
Архитектура сети АТМ
Сеть АТМ состоит из связанных между собой АТМ коммутаторов. Находящееся за пределами сети оборудование пользователя взаимодействует с коммутаторами через интерфейс пользователь-сеть (UNI - User-Network Interface). Для взаимодействия коммутаторов между собой служит интерфейс сетевого узла (NNI - Network Node Interface). МСЭ-Т стандартизировал в рекомендации I.432 два типа интерфейса UNI: на скоростях 155 и 622 Мбит/с (это скорости 1-го и 4-го уровней SDH). Подготовлены стандарты по использованию технологии АТМ на первичной скорости европейской иерархии 2 Мбит/с.
Уровни сети АТМ
Рассмотрим функции каждого из трех нижних уровней B-ISDN (сети АТМ).
Уровень адаптации АТМ (AAL - ATM Adaptation Layer) осуществляет преобразование пользовательской информации в информационные поля ячеек и наоборот. Именно наличие AAL придает АТМ присущую ей способность переносить разнообразную пользовательскую информацию в стандартных ячейках. Стандартизировано несколько типов уровня адаптации, соответствующие различным классам обслуживания и предназначенные для преобразования разных видов информации. Следует подчеркнуть, что процедуры ААL реализуются вне пределов сети АТМ в оконечном оборудовании пользователя. Уровень адаптации может использовать для своих нужд до 4 байт в пределах 48-байтного информационного поля ячейки, оставляя таким образом непосредственно для полезной информации пользователей 44 байта. AAL делится, в свою очередь, на два подуровня: подуровень конвергенции (CS - Convergence Sublayer) и подуровень разборки и сборки (SAR - Segmentation And Reassembly).
Уровень АТМ добавляет к полученным от подуровня SAR 48-байтным последовательностям 5-байтовые заголовки, формируя таким образом ячейки АТМ, передаваемые затем на физический уровень. К функциям уровня АТМ относятся также: управление входным потоком на интерфейсе пользователь-сеть; мультиплексирование ячеек, принадлежащим различным виртуальным каналам и трактам, в единый поток; преобразование идентификаторов виртуальных каналов в узлах коммутации. На приемной стороне уровень АТМ осуществляет демультиплексирование потока ячеек и удаление заголовков.
Физический уровень также состоит из двух подуровней: подуровень конвергенции передачи (TC - Transmission Convergence) и подуровень, зависящий от физической среды (PMD - Physical Medium Dependent). Подуровень ТС осуществляет согласование потока ячеек с используемой системой передачи (например, упаковывает ячейки АТМ в контейнеры SDH). Подуровень PMD ответственен за передачу и прием битов, передаваемых в конкретной физической среде (оптическое волокно, коаксиальный кабель).
Структура ячейки АТМ
Как уже указывалось выше, ячейки АТМ имеют фиксированную длину 53 байта, из которых первые 5 байта - заголовок, а остальные 48 байт - информационное поле.
Структура заголовка несколько различается на интерфейсах пользователь-сеть (UNI) и сетевого узла (NNI). На интерфейсе UNI первые 4 бита отводятся для управления потоком, поступающим от пользователя. Следующие 24 бита составляет поле маршрутизации, содержащие 8-битный идентификатор виртуального тракта (VPI - Virtual Path Identifier) и 16-битный идентификатор виртуального канала (VCI - Virtual Channel Identifier). Следующие 3 бита занимают указатель типа нагрузки, содержащейся в информационном поле данной ячейки. Значения этого поля от 0 до 3 указывают на информацию пользователя, значения 4 и 5 - управляющую информацию, а значение 6 и 7 пока не используются и зарезервированы на будущее. Далее расположено 1-битное поле приоритета потери ячейки, использующиеся для управления потоком ячеек. Оно устанавливается равным 1 для тех ячеек, которые при перегрузках в сети могут быть отброшены в первую очередь. Последний (пятый) байт заголовка отведен для контроля ошибок заголовка с использованием циклического избыточного кода. С его помощью можно исправить единичную или обнаружить многократную ошибку в первых четырех байтах заголовка. Заголовок ячейки на интерфейсе сетевого узла NNI отличается от описанного выше заголовка ячейки на интерфейсе UNI только тем, что в нем исключается поле управления потоком, а первые четыре бита отведены для идентификатора виртуального тракта, который таким образом занимает 12 бит. Такое перераспределение позволяет увеличить число возможных виртуальных каналов.
Мониторинг и анализ сетей
Постоянный контроль за работой локальной сети необходим для поддержания ее в работоспособном состоянии. Ввиду важности этой функции ее часто отделяют от других функций систем управления и реализуют специальными средствами. Такое разделение функций контроля и управления полезно для небольших сетей, для которых установка интегрированной системы управления экономически нецелесообразна. Использование автономных средств контроля помогает администратору сети выявить проблемные участки и устройства сети. Их отключение или реконфигурацию он может выполнять в этом случае вручную. Процесс контроля работы сети обычно делят на два этапа: мониторинг и анализ. На этапе мониторинга выполняется процедура сбора первичных данных о работе сети: статистики о количестве циркулирующих в сети кадров и пакетов различных протоколов, состоянии портов концентраторов, коммутаторов и маршрутизаторов и т.п.
Далее выполняется этап анализа, под которым понимается более сложный и интеллектуальный процесс осмысления собранной на этапе мониторинга информации, сопоставления ее с данными, полученными ранее, и выработки предположений о возможных причинах замедленной или ненадежной работы сети.
Задачи мониторинга решаются программными и аппаратными измерителями, тестерами, сетевыми анализаторами, встроенными средствами мониторинга коммуникационных устройств, а также агентами систем управления. Задача анализа требует более активного участия человека и использования таких сложных средств, как экспертные системы, аккумулирующие практический опыт многих сетевых специалистов.
Диагностика сетей с применением протоколов SNMP и CMIP
Обслуживание и диагностирование больших многосегментных, многопротокольных сетей, размещенных на большой территории, а в некоторых случаях и в нескольких городах , представляет собой сложную проблему. Большая часть работы по управлению сетями состоит из слежения за работой устройств, контроля производительности компьютерной сети, диагностики проблем и устранения их причин. Для этого были разработаны два практически аналогичных протокола управления сетями: простой протокол для управления вычислительной сетью SNMP (Simple Network Management Protocol), который разработан для решения коммуникационных проблем TCP/IP, и протокол общего управления информацией CMIP (Common Management Information Protocol), разработанный как часть стандартной модели OSI и являющийся продуктом международного комитета по стандартизации.
Каждый из этих протоколов имеет свои преимущества, и производители сетевых систем разрабатывают средства управления сетями, объединяющие оба протокола.
Протоколы SNMP и CMIP имеют общую цель, состоящую в облегчении задач управления и диагностики при работе в сетях. Оба протокола используют концепцию MIB (Management Information Base). В базе MIB хранятся не только данные о состоянии устройства, но и управляющая информация, воздействующая на это устройство . MIB состоит из набора переменных, тестовых точек и контрольных параметров, которые поддерживаются всеми устройствами сети и могут контролироваться администратором сети. Оба протокола поддерживают также расширения MIB, вводимые различными производителями с целью сбора большего количества служебной информации при запросах в сетях.
Различие между протоколами SNMP и CMIP состоит в способах, при помощи которых они извлекают и выдают данные о вычислительных сетях. Эти протоколы предлагают различные функции, требуют разных затрат вычислительной мощности и используют разное количество памяти. Каждый из этих протоколов использует собственный набор протоколов низкого уровня для передачи и приема информации, необходимой для управления сетями. Оба протокола поддерживаются различными комитетами по стандартизации.
Протокол SNMP предназначен для получения сведений о конкретных устройствах, тогда как CMIP больше ориентирован на извлечение наборов данных. При использовании SNMP необходима точная формулировка запроса об интересующем устройстве. В случае CMIP можно сделать общий запрос и затем уточнять его. Протокол SNMP работает через опросы, т.е. центральное устройство управления периодически опрашивает каждое устройство в ЛВС для определения его статуса. В протоколе CMIP используются отчеты, в которых устройства информируют центральную управляющую станцию об изменениях в своем статусе. Система управления ЛВС на базе протокола SNMP может быть меньших размеров, более быстродействующей и менее дорогостоящей по сравнению с CMIP.
Классификация средств мониторинга и анализа
Все многообразие средств, применяемых для анализа и диагностики вычислительных сетей, можно разделить на несколько крупных классов:
- агенты систем управления, поддерживающие функции одной из стандартных MIB и поставляющие информацию по протоколу SNMP или CMIP. Для получения данных от агентов обычно требуется наличие системы управления, собирающей данные от агентов в автоматическом режиме;
- встроенные системы диагностики и управления. Эти системы выполняются в виде программно - аппаратных модулей, устанавливаемых в коммуникационное оборудование, а также в виде программных модулей, встроенных в операционные системы. Они выполняют функции диагностики и управления только одним устройством, и в этом их основное отличие от централизованных систем управления;
- анализаторы протоколов (Protocol analyzers). Представляют собой программные или аппаратно - программные системы, которые ограничиваются в отличие от систем управления лишь функциями мониторинга и анализа трафика в сетях;
- экспертные системы. Этот вид систем аккумулирует знания технических специалистов о выявлении причин аномальной работы сетей и возможных способах приведения сети в работоспособное состояние. Экспертные системы часто реализуются в виде отдельных подсистем различных средств мониторинга и анализа сетей: систем управления сетями, анализаторов протоколов, сетевых анализаторов;
- оборудование для диагностики и сертификации кабельных систем. Условно это оборудование можно поделить на пять основных групп: сетевые мониторы, сетевые анализаторы, приборы для сертификации кабельных систем, кабельные сканеры и тестеры.
Сетевые мониторы предназначены для тестирования кабелей различных категорий. Сетевые мониторы собирают также данные о статистических показателях трафика — средней интенсивности общего трафика сети, средней интенсивности потока пакетов с определенным типом ошибки и т.п.
Сетевые анализаторы выполняют анализ трафика в реальном времени, захват, преобразование, передачу пакетов, а также устранение неполадок в сети.
Устройства для сертификации кабельных систем выполняют сертификацию в соответствии с требованиями одного из международных стандартов на кабельные системы.
Кабельные сканеры используются для диагностики медных кабельных систем.
Тестеры предназначены для проверки кабелей на отсутствие физического разрыва;
- многофункциональные портативные устройства анализа и диагностики. В связи с развитием технологии больших интегральных схем появилась возможность производства портативных приборов, которые совмещали бы функции нескольких устройств: кабельных сканеров, сетевых мониторов и анализаторов протоколов.
ЛЕКЦИЯ 9. ОСОБЕННОСТИ ISDN В РОССИИ
Пример российского ISDN -устройства: БОБД
Устройство БОБД (ЦАТС «Протон-ССС», серия «Алмаз») предназначено для подключения к ЦАТС восьми двухпроводных линий (АЛ) и обеспечения базового доступа (2В + D) к цифровой ceти интегрального обслуживания (ЦСИО).
Линейный интерфейс БОБД может выполнять функции линейного окончания LT или сетевого окончания NT с интерфейсом UK.
БОБД обеспечивает подключение сетевых терминалов базового доступа к сети ISDN.
БОБД имеет следующие технические характеристики:
- интерфейс - UK;
- протокол цифровой абонентской сигнализации - № 1 (DSS-1 - Digital Subscriber Signаling 1); - два В-канала с пропускной способностью 64 кбит/с;
- D-канал с пропускной способностью 16 кбит/с;
- линейный код - 2В1Q;
- дальность связи без установки регенераторов, по кабелю с диаметром жилы 0,5 мм - до 6 км; - напряжение электропитания АЛ - 100 В;
потребляемая мощность - не более 40 Вт.
БОБД представляет собой совокупность функциональных частей:
- абонентских цифровых комплектов U1-U8;
- внутристанционного интерфейса;
- устройства управления;
- преобразователя напряжения;
- цепей электропитания;
- элементов индикации.
БОБД включает в себя внутристанционный и линейный интерфейс.
Линейный интерфейс БОБД предназначен для подключения к ЦАТС АЛ сети ISDN.
Вопрос 1. ATM - это:
а: Режим аналоговой передачи данных
б: Аналоговый транспортный модуль
в: Асинхронный режим передачи
Вопрос 6. План нумерации – это:
а: План назначения адресов конечным системам
б: План маршрутов
в: Схема нумерации оконечных пользователей сети
Форма для ответов на вопросы тестового задания
Результаты ответов занесите в таблицу, которая приведена ниже. В таблице указаны числа, обозначающие номер вопроса, под каждым номером располагаются буквы (а, б, в), обозначающие варианты ответов на данный вопрос.
Выбрав правильный ответ на вопрос, необходимо отметить (подчеркнуть или обвести) соответствующую букву.
| № вопроса | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Варианты ответа | a | a | a | a | a | a |
| б | б | б | б | б | б | |
| в | в | в | в | в | в |
Правильные ответы к тесту рубежного контроля № 3 (Ключ № 3)
| номер вопроса | правильный ответ |
| Вопрос 1 | в |
| Вопрос 2 | б |
| Вопрос 3 | б |
| Вопрос 4 | а |
| Вопрос 5 | а |
| Вопрос 6 | в |
Баллы, начисляемые за выполнение заданий модуля 3
5) Выполнение проектного задания:
P30 = 4 балла
6) Правильный ответ на каждый вопрос теста рубежного контроля:
P3i = 1 балл
Максимальное количество баллов за модуль 3:
P3М1 max = P30 + (P31 + P32 +…+ P36) = 10 баллов
Оценочные нормы
| Количество баллов за модуль | 0 – 5,4 | 5,5 – 6,9 | 7,0 – 8,4 | 8,5 – 10 |
| Оценка | неудовлетворительно | удовлетворительно | хорошо | отлично |
Относительная весомость модуля 3: BM3 = 0,3.
Рекомендуемая литература к модулю 3
1. Замятин Н.В. Цифровые сети интегрального обслуживания. Томск, Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2002.
2. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб., "Питер", 1999.
3. Современные телекоммуникации. Технологии и экономика. Под общ. ред. С.А. Довгого. М., "Эко-Трендз", 2003.
4. Кунегин С.В. Основы технологии АТМ // Источник доступа: http://kunegin.narod.ru/ref/atm1/
5. Особенности развития технологии ISDN в России // Источник доступа: http://kunegin.narod.ru/ref3/isdn/isdn13.htm
6. Технология асинхронного режима переноса (АТМ) // Источник доступа: http://rtmv.kuban.ru/ptl/atm.htm
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К КУРСУ ЛЕКЦИЙ
Основная:
1. Галкин В.А.. Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети: Учеб. пособие для вузов. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2003.
2. Жеретинцева Н.Н. Курс лекций по компьютерным сетям. Владивосток: ДВГМА, 2000.
3. Замятин Н.В. Цифровые сети интегрального обслуживания. Томск, Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2002.
4. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. СПб., "Питер", 1999.
5. Прозоров В.М., Стебленко А.И. Общеканальная система сигнализации № 7: Учеб. пособие. Ч. 1: Подсистема передачи сообщений. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2003.
6. Современные телекоммуникации. Технологии и экономика. Под общ. ред. С.А. Довгого. М., "Эко-Трендз", 2003.
7. Таненбаум Э. Компьютерные сети. 4-е изд. СПб., Питер, 2003.
Дополнительная:
7. Бжезинский К. Сети ISDN. М., Горячая линия - Телеком, 2006.
8. Бокнер П. ISDN. Цифровая сеть с интеграцией служб. Понятия, методы, системы. М., Радио и связь, 1991.
9. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. 2-е изд. – СПб., Питер, 2004.
10. Гольдштейн Б.С. Сигнализация в сетях связи. Т. 1. М., Радио и связь, 1997.
11. Гольдштейн Б.С. Протоколы сети доступа. Т. 2. М., Радио и связь, 1999.
12. Данилов В.И., Фань Гэн-линь, Мелик-Шахназарова. Цифровые сети интегрального обслуживания: Учебное пособие. Л., ЛЭИС, 1989.
13. Назаров Т.Н., Симонов М.А. АТМ: технология высокоскоростных магистралей. – М.: Эко-Трендз, 1997.
14. Росляков А.В. Общеканальная система сигнализации № 7. М., "Эко-Трендз", 1999.
15. Семенов Ю.А. Сети Интернет: архитектура и протоколы. М., Радио и связь, 1998.
16. ЦАТС "Протон-ССС", серия "Алмаз". Руководство по эксплуатации КЮГН.465235.010РЭ.
17. Якубайтис Э.А. Информационные сети и системы: Справочная книга. – М.: Финансы и статистика, 1996.
Электронные источники:
18. Абонентская сигнализация DSS1 // Источник доступа: http://rtmv.kuban.ru/ptl/dss1.htm
19. Кунегин С.В. Основы технологии АТМ // Источник доступа: http://kunegin.narod.ru/ref/atm1/
20. Норенков И.П., Трудоношин В.А., Уваров М.Ю. Телекоммуникационные технологии и сети // Источник доступа: http://bigor.bmstu.ru/?cnt/?doc=215_Netwedu/Networks.cou
21. Особенности развития технологии ISDN в России // Источник доступа: http://kunegin.narod.ru/ref3/isdn/isdn13.htm
22. Семенов Ю.А. Алгоритмы и протоколы каналов и сетей передачи данных // Источник доступа: http://www.intuit.ru/department/network/algoprotnet/
23. Система сигнализации № 7 // Источник доступа: http://rtmv.kuban.ru/ptl/oks2.htm
24. Структура систем передачи Е1 // Источник доступа: http://www.networkaccess.ru/articles/standards/e1/
25. Технология асинхронного режима переноса (АТМ) // Источник доступа: http://rtmv.kuban.ru/ptl/atm.htm
ЦИФРОВЫЕ СЕТИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ
(семестровый курс лекций)
Ростов-на-Дону
2008
| Рыжов Ю.В. | |
| Цифровые сети интегрального обслуживания: Семестровый курс лекций. - Ростов-на-Дону, 2008. - 108 с. |
Семестровый курс лекций «Цифровые сети интегрального обслуживания» предназначен для студентов старших курсов специальности «Сети связи и системы коммутации». В нем рассматриваются основы современных телекоммуникационных технологий, принципы построения сетей и цифровых каналов связи, а также сетей и устройств ISDN . Лекции сгруппированы в три учебных модуля, включающих в себя диагностико-квалиметрическое обеспечение.
ОГЛАВЛЕНИЕ КУРСА ЛЕКЦИЙ
ВВЕДЕНИЕ К КУРСУ ЛЕКЦИЙ............................................................................................... 5
Календарно-тематический план курса лекций................................................................ 7
МОДУЛЬ 1. ИНТЕГРАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ И СЕТИ СВЯЗИ...................................... 8
Комплексная цель модуля 1................................................................................................. 8
ЛЕКЦИЯ 1. ЦИФРОВАЯ ИНФОРМАЦИЯ И МЕТОДЫ ЕЕ ПЕРЕДАЧИ.......................... 8
Информация и каналы связи............................................................................................... 8
Асинхронная и синхронная цифровая передача................................................................. 9
Взаимодействие компьютера с модемом....................................................................... 11
Принципы организации цифровых каналов..................................................................... 13
Мультиплексирование цифровых сигналов..................................................................... 15
Синхронизация в цифровых сетях.................................................................................... 16
ЛЕКЦИЯ 2. СТАНДАРТИЗАЦИЯ СЕТЕЙ: МОДЕЛЬ OSI И КОММУНИКАЦИОННЫЕ ПРОТОКОЛЫ............................................................................................................................. 18
Стандартизация сетей.................................................................................................... 18
Модель взаимодействия открытых систем OSI........................................................... 19
Стандартные стеки коммуникационных протоколов................................................. 21
ЛЕКЦИЯ 3. ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ............................................................ 25
Локальные сети................................................................................................................. 25
Построение больших сетей.............................................................................................. 29
Глобальные сети................................................................................................................ 38
Проектное задание к модулю 1........................................................................................ 46
Тест рубежного контроля к модулю 1............................................................................ 46
Рекомендуемая литература к модулю 1......................................................................... 49
МОДУЛЬ 2. СЕТИ ISDN........................................................................................................... 50
Комплексная цель модуля 2............................................................................................... 50
ЛЕКЦИЯ 4. ЦИФРОВОЙ КАНАЛ Е1..................................................................................... 50
Канал Е1: общие сведения................................................................................................. 50
Физический уровень потока Е1........................................................................................ 51
Канальный уровень потока Е1......................................................................................... 53
Сетевой уровень потока Е1............................................................................................. 54
ЛЕКЦИЯ 5. СЕТИ ISDN............................................................................................................ 55
Абонентские линии ЦСИО............................................................................................... 55
Интерфейсы в опорных точках....................................................................................... 59
Пользовательский доступ ЦСИО................................................................................... 63
ЛЕКЦИЯ 6. СИСТЕМЫ СИГНАЛИЗАЦИИ В ISDN............................................................ 64
Е DSS -1................................................................................................................................. 64
QSIG.................................................................................................................................... 67
Система сигнализации ОКС № 7..................................................................................... 69
Проектное задание к модулю 2........................................................................................ 76
Тест рубежного контроля к модулю 2............................................................................ 76
Рекомендуемая литература к модулю 2......................................................................... 79
МОДУЛЬ 3. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ISDN.................................................................. 80
Комплексная цель модуля 3............................................................................................... 80
ЛЕКЦИЯ 7. B-ISDN. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ АТМ......................................................... 80
B - ISDN и основы технологии АТМ................................................................................... 80
Архитектура сети АТМ................................................................................................... 83
Уровни сети АТМ.............................................................................................................. 83
Структура ячейки АТМ.................................................................................................... 84
Коммутация виртуальных каналов и трактов............................................................. 85
Классы обслуживания B - ISDN......................................................................................... 86
ЛЕКЦИЯ 8. АДМИНИСТРИРОВАНИЕ И ДИАГНОСТИКА СЕТЕЙ............................... 88
Администрирование в ЦСИО........................................................................................... 88
Мониторинг и анализ сетей............................................................................................. 92
ЛЕКЦИЯ 9. ОСОБЕННОСТИ ISDN В РОССИИ.................................................................. 96
Пример российского ISDN -устройства: БОБД.............................................................. 96
Развитие сетей ISDN в России........................................................................................ 98
Проектное задание к модулю 3...................................................................................... 103
Тест рубежного контроля к модулю 3.......................................................................... 104
Рекомендуемая литература к модулю 3....................................................................... 106
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К КУРСУ ЛЕКЦИЙ.................................................................... 107
ВВЕДЕНИЕ К КУРСУ ЛЕКЦИЙ
По мере развития систем связи постоянно растет число служб, предоставляющих своим абонентам широкий набор услуг, начиная от простой телефонной связи и заканчивая сложными системами передачи данных. При этом все службы работают в отрыве друг от друга, а совместная работа систем для речи, данных и изображений возможна лишь в исключительных случаях, поскольку оконечные установки, процессы доступа и управления связью различны и специфически приспособлены для решения конкретной задачи. Наилучшими вариантами для передачи всех видов информации являются цифровые системы. С помощью такой единой сети достигаются две цели: интеграции различной аппаратуры в цифровом варианте и интеграции служб обеспечения передачи разнородной информации. Последовательное достижение этих двух целей становится возможным в концепции цифровой сети интегрального обслуживания - ЦСИО (ISDN - Integrated Service Digital Network).
Цифровой сетью называют сеть электросвязи, в которой информация передается (по абонентским и соединительным линиям) и коммутируется (на станциях и узлах) в цифровой форме. Цифровой сетью интегрального обслуживания называют такую цифровую сеть, которая поддерживает множество служб электросвязи (передачу речи, данных, изображений и др.).
В нашей стране ЦСИО развиваются с начала 1990-х годов, но при этом практически не существует учебно-методического обеспечения по этой актуальной тематике, а имеющаяся литература (см. список литературы) носит, в основном, узкоспециализированный характер. Этот пробел и призван восполнить данный курс лекций.
В курсе лекций рассматриваются проблемы, связанные с принципами построения и функционирования цифровых систем коммутации и сетей интегрального обслуживания ЦСИО (ISDN), а именно: принципы построения и виды служб электросвязи, интегрируемые ЦСИО; организация доступа пользователей к ЦСИО; особенности построения узлов коммутации ЦСИО; абонентская сигнализация; интерфейсы и протоколы ЦСИО; организация процесса обслуживания вызовов в ЦСИО.
Курс лекций построен на модульной основе, при этом для каждого модуля приведены проектные задания и тесты рубежного контроля, выполняющие диагностико-квалиметрические функции. Курс лекций охватывает большее количество тем, чем одноименное учебное пособие, но часть материала, пересекающегося с пособием, изложена в лекциях в конспективной форме. Поэтому студентам рекомендуется при самостоятельной работе пользоваться как семестровым курсом лекций, так и учебным пособием.
Учебная дисциплина «Цифровые сети интегрального обслуживания» читается студентам 5-го курса (9-й семестр) специальности «Сети связи и системы коммутации»; целью ее преподавания является изучение проблем, связанных с принципами построения и функционирования цифровых систем коммутации и сетей ISDN. На дисциплину выделено 121 академических часов, по результатам изучения студентам выставляется зачет. На 9-й неделе выставляется промежуточный рейтинг, на 17-й – итоговый рейтинг (зачет).
Из 121 часа на лекции выделяется 18 часов, на практические занятия – 16 часов, на лабораторные работы – 34 часа. На самостоятельную работу выделено 36 часов, и 17 часов – на выполнение индивидуального задания.
Из 36 часов, выделенных на самостоятельную работу, целесообразно половину из них (18 часов) выделить на подготовку к лабораторным и практическим занятиям, а другие 18 часов – на проработку курса лекций и дополнительных учебных материалов (прежде всего – учебного пособия по курсу ЦСИО). Исходя из этого и был составлен приведенный ниже календарно-тематический план.
Календарно-тематический план курса лекций
| Учебная неделя | Тема лекции | Число часов | Самостоятельная работа | Число часов |
| 1 | 1. Интегральная информация и методы ее передачи | 2 | Общие принципы передачи цифровой информации | 1 |
| 2 | Импульсно-кодовая модуляция в сетях связи | 1 | ||
| 3 | 2. Стандартизация сетей: модель OSI и коммуникац. протоколы | 2 | Модель OSI | 1 |
| 4 | Основные коммуникационные протоколы | 1 | ||
| 5 | 3. Локальные и глобальные сети | 2 | Сетевая топология. Локальные сети | 1 |
| 6 | Принципы построения глобальных сетей | 1 | ||
| 7 | 4. Цифровой канал Е1 | 2 | Канал Е1: общие сведения | 1 |
| 8 | Уровни потока Е1 | 1 | ||
| 9 | 5. Сети ISDN | 2 | Основные услуги и преимущества ISDN | 1 |
| 10 | Виды доступа ISDN | 1 | ||
| 11 | 6. Системы сигнализации в ISDN | 2 | Система сигнализации EDSS1 | 1 |
| 12 | Система сигнализации ОКС№7 | 1 | ||
| 13 | 7. B-ISDN. Основы технологии АТМ | 2 | Основы построения B-ISDN | 1 |
| 14 | Структура сети АТМ | 1 | ||
| 15 | 8. Администрирование и диагностика сетей | 2 | Администрирование сетей ISDN | 1 |
| 16 | Диагностика и мониторинг сетей ISDN | 1 | ||
| 17 | 9. Особенности ISDN в России | 2 | БОБД: ISDN-устройство ЦАТС "Протон-ССС", серия "Алмаз" | 1 |
| 18 | ISDN в России | 1 |
Дата: 2019-02-02, просмотров: 395.
