Эталонная модель взаимосвязи открытых систем

Связь представляет собой совокупность сетей и служб связи (рис. 9.4). Служба электросвязи - это комплекс средств, обеспечи­вающий представление пользователям услуг. Вторичные сети обес­печивают транспортировку, коммутацию сигналов в службах электро­связи, первичные снабжают вторичные каналы. Составной частью соответствующей службы является оконечное оборудование, которое располагается у пользователя. В качестве примера службы можно привести телефонную. Она предоставляет услуги телефонной связи, передачи данных и др. В качестве примера службы можно привести телефонную. Она предоставляет услуги телефонной связи, передачи данных и др.

Следует заметить, что понятия служба и услуга трактуются в лите­ратуре неоднозначно. Так передача данных по телефонным сетям часто рассматри-вается как служба передачи данных по телефонным каналам. Откуда следу­ет, что стоит владельцу телефона подключить свой компьютер при помощи модема к телефонной сети, как появляется служба. Более логичным нам кажется определение, когда под службой передачи данных мы понимаем систему связи, специально созданную для пе­редачи данных, т.е. совокупность аппаратных и программных средств, методов обработки, распределения и передачи данных.

Рисунок 2.4 – Архитектура связи

В то же время служба передачи данных может предоставлять и услуги телефонной связи. Она входит в состав служб докумен­тальной электросвязи (ДЭС), которые обеспечивают обмен (переда­чу) разнообразной нетелефонной информации. В состав служб ДЭС, в соответствии с [11] входят также службы телеграфные и передачи газет, телематические. Каждая служба может иметь ряд применений, которые с позиции пользователя классифицируются как услуги.

Так, в 1978 г. в Международной организации по стандартизации (МОС) был создан подкомитет SC16, задачей которого являлась разработка международных стан­дартов для взаимосвязи откры­тых систем. От­крытой она является тогда, когда соответ­ствует эталонной модели взаимосвязи от­крытых систем (ВОС). Эталонная модель ВОС - наиболее общее описание структуры построения стандартов. Она определяет принципы взаимосвязи между отдельными стандартами и представляет собой основу для обеспечения возможности параллель­ной разработки множества стандартов, ко­торые требуются для ВОС.

Однако стандарт ВОС должен определять не только эталонную модель, но и конкретный набор услуг, удовлетворяющих эталонной модели, а также набор протоколов, обеспечивающих удовлетворение услуг, для реализации которых они разработаны. При этом под протоколом понимается документ, определяющий процедуры и правила взаимодействия одноименных уровней работающих друг с другом систем.

Лекция 3. Общие принципы построения телекоммуникационных сетей

Цель лекции: изучение принципов построения телекоммуникационных сетей.

Содержание:

1) Назначение и классификация сетей электросвязи.

2) Методы коммутации в сетях электросвязи.

3) Принципы построения взаимоувязанных сетей связи.

3.1 Назначение и классификация сетей электросвязи

Основными компонентами сети электросвязи являются:

- сетевые узлы и сетевые станции, в которых устанавливается каналообра-зующая аппаратура и осуществляется переключение каналов или групп каналов и сетевых трактов;

- линии передачи, соединяющие между собой сетевые станции или сетевые узлы и оконечные устройства;

- узлы (центры) коммутации (УК), распределяющие сообщения в соответствии с адресом; УК могут быть транзитными, оконечными (если к ним подключаются ОП) и смешанного типа;

- оконечные пункты (ОП), обеспечивающие ввод/вывод сообщений абонента. ОП, расположенный непосредственно у абонента, назы­вается абонентским пунктом (АП). АП может быть индивидуального пользования, часто называемый терминалом, или коллективного пользования;

- концентраторы и мультиплексоры, обеспечивающие улучшение исполь-зования пропускной способности каналов связи путем их уплотнения. Каналы могут быть магистральными (между УК) и абонентскими (между ОП и УК);

- многоуровневая система управления, обеспечивающая эффек­тивное исполь-зование сетевых ресурсов.

Классификация сетей связи основана на следующих признаках.:

1. По типу передаваемых сообщений: телефонные сети, теле­графные сети, сети передачи данных, факсимильные сети и пере­дачи газет, сети звукового вещания, цифровые сети интегрального обслуживания.

2. По категории пользователей: сети общего назначения, ве­домственные (корпоративные) сети.

3. По скорости передачи сообщений: низкоскоростные сети, среднескоростные сети, высокоскоростные сети.

4. По размеру (степени охвата): глобальные сети, региональные (зональные) сети; локальные сети.

5. По способу коммутации: сети с долговременной (кроссовой) коммута-цией, сети с оперативной коммутацией, сети с коммутацией каналов (КК), сети с коммутацией сообщений (КС), сети с коммута­цией пакетов (КП), сети с гибридной коммутацией (ГК), сети с адап­тивной коммутацией (АК).

6. По типам используемых каналов связи: проводные сети, ра­диосети, волоконно-оптические сети, спутниковые сети.

7. По способу управления сетью: централизованное управле­ние, децентрализованное управление, смешанное управление, статическое управление, квазистатическое управление, динамиче­ское управление.

Система управления сетью предназначена для наиболее эффек­тивного использования сетевых ресурсов в изменяющихся условиях эксплуатации.

По принципу размещения системы управления различают цен­трализованное управление, когда основные функции управления сетью выполняет специально выделенный центр управления.

Де­централизованное управление имеет распределенную структуру.

Смешанное (зоновое) управление предлагает централизованное управление внутри определенных зон, а зоны управляются центра­лизованно (возможно и наоборот).

По степени приспособления (адаптации) системы управления к ситуации сложившейся на сети, различают:

- статическое управление, когда возможные изменения заранее предус-мотрены, а если происходят непредусмотренные изменения, то сеть выходит из строя;

- квазистатическое управление, когда система управления может противо-стоять некоторым нарушениям, не предусмотренным ос­новной программой работы сети;

- динамическое управление, когда система управления обеспечи­вает эффективную работу сети, отслеживая ее текущее состояние.

3.2 Методы коммутации в сетях электросвязи

Долговременной, или кроссовой, коммутацией называется спо­соб, при котором между двумя точками сети устанавливается по­стоянное прямое соединение, длительность которого измеряется часами, сутками и т.д. Каналы связи, участвующие в таких соедине­ниях, называются выделенными.

Более распространенной является оперативная коммутация, ко­гда между двумя точками сети организуется временное соединение.

При непосредственном соединении осуществляется физическое соединение входящих в УК каналов с соответствующими адресу исходящими каналами.

При соединении с накоплением сигналы из входящих в УК кана­лов сначала записываются в запоминающее устройство (ЗУ), а затем поступают в исходящие каналы по мере их освобождения.

Принцип непосредственного соединения реализуется в системе коммутации каналов (КК).

Коммутация каналов - это совокупность операций по соедине­нию каналов для получения сквозного физического канала между ОП через УК.

При коммутации каналов сначала организуется сквозной канал между абонентами через УК, а затем происходит передача сообщений. Установленное соединение ликвидируется после соответст­вующего решения абонентов.

Достоинства коммутации каналов состоят в следующем:

- после организации соединения абоненты могут вести передачу в любое время, независимо от нагрузки других абонентов;

- передача осуществляется с фиксированной задержкой, т.е. в ре­альном масштабе времени (режим диалога).

Недостатки этого способа установления соединений заключа­ются в плохом использовании ресурсов сети, в частности каналов, если взаимодействующие абоненты недостаточно активны и между передачами получаются длительные паузы.

При коммутации с накоплением ОП постоянно связан со своим УК (или несколькими УК) и передает ему сообщения, которые затем через другие УК передаются соответствующим абонентам. Сущест­вуют две разновидности систем с накоплением: система коммута­ции сообщений (КС) и система коммутации пакетов (КП).

Метод КП отличается от КС тем, что сообщение передается не целиком, а разбивается на части - пакеты.

Вследствие небольшой длины пакетов (обычно порядка 1000 бит) и применения высокопроизводительных центров коммутации пакетов (ЦКП) принцип КП по сравнению с КС позволяет существенно снизить время доставки сообщения получателю и организовать диалоговый режим передачи. Основной особенностью сетей с КП является высо­кая степень использования связных ресурсов за счет временного разделения канального и коммутационного оборудования между многими пользователями и высокоскоростной передачи сравнитель­но коротких пакетов.

3.3 Принципы построения взаимоувязанных сетей связи

Первичная сеть электросвязи. Первичной сетью ВСС называ­ется совокупность линий передачи, сетевых узлов и сетевых стан­ций, образующих сеть типовых каналов передачи и сетевых трактов. На рисунке 9 поясняется принцип организации первичной сети. Сетевые узлы организуются на пересечении нескольких линий передачи, в них устанавливается каналообразующая аппаратура систем передачи и осуществляется переключение каналов или их групп, принадлежащих разным системам.

Первичная сеть по территориальному принципу подразделяется на магистральные, внутризоновые и местные первичные сети.

Магистральная первичная сеть соединяет каналами различных типов все областные и республиканские центры.

Внутризоновая первичная сеть, в основном, соединяет раз­личными каналами районные сети данной области друг с другом и с областным центром.

Рисунок 3.1 – Структура первичной сети

Местные первичные сети ограничены территорией города или сельского района. Они обеспечивают возможность организации каналов (или физических пар проводов) между станциями и узлами этих сетей, а также между абонентами. Часто внутризоновую сеть и местные первичные сети объединяют одним названием - зоноваяпервичная сеть.

Сетевые узлы переключения являются менее крупными, распо­лагаются на всех ярусах первичной сети и организуются на пересе­чении различных линий передачи малой мощности. На этих узлах осуществляется переключение каналов и усиление сигналов.

Сетевые узлы выделения устанавливаются на магистральной и внутризоновой первичных сетях и предназначены для организа­ции выделения каналов потребителям.

Сетевые станции (магистральные, внутризоновые, местные) являются оконечными точками сети и размещаются либо в удале­нии от соответствующих сетевых устройств и тогда соединяются с последними соединительными линиями, либо располагаются со­вместно с сетевыми узлами.

Модули соседних уровней одного узла также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами, которые называются интерфейсом. Кроме рассмотренных, используется более узкое, чем интерфейс, понятие стык, которое обозначает совокуп­ность соединительных цепей и правил взаимодействия различных устройств, определяющих тип и назначение соединительных цепей, порядок обмена, а также тип и форму сигналов, передаваемых по этим цепям.

Примером открытой системы является международная сеть Internet. На рисунке 3.2 представлена обобщенная модель взаимодействия открытых систем А и В.

Средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представи-тельный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический.

Уровень 1 - физический (Physicallayer) обеспечивает установ­ление соединения, поддержание и разъединения физических кана­лов для передачи электрических сигналов в виде единичных элементов (битов).

Рисунок 3.2 – Модель взаимодействия открытых систем ВОС (ISO/OSI).

Примерами физических каналов являются коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой канал.

Уровень 2 - канальный (DataLinklayer) вкачестве одной из за­дач осущест-вляет проверку доступности среды передачи. Одной из функций этого уровня является установление соединения, поддержание и разъединение канала передачи дан­ных. Другой задачей канального уровня является повышение вер­ности передачи на основе обнаружения и исправления ошибок.

Уровень 3 - сетевой (Networklayer) предназначен для образова­ния единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, которые используют разные протоколы канального уровня. Проблема выбора наилучшего пути доставки сообщений назы­вается маршрутизацией и осуществляется маршру-тизаторами.

Уровень 4 - транспортный (Transportlayer) обеспечивает верх­ним уровням (прикладному и сеансовому) передачу данных с той степенью надежности, которая им необходима. Модель OSI опре­деляет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем.

Протоколы нижних четырех уровней называют сетевым транс­портом или транспортной подсистемой.

Уровень 5 - сеансовый (Sessionlayer) обеспечивает управление диалогом: фиксирует, какая из сторон является активной в данный момент, предоставляет средства синхронизации. На практике сеансовый уровень редко реализу­ется в виде отдельных протоколов.

Уровень 6 - представительный (Presentationlayer) имеет дело с формой представления передаваемой информации, не меняя ее содержания. Благодаря этому уровню, информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных для обеспечения секретности обмена данными сразу для всех служб.

Уровень 7 - прикладной (Applicationlayer) - это набор разнооб­разных протоколов, с помощью которых пользователи сети получа­ют доступ к разделяемым ресурсам, таким, как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совмест­ную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Прикладной уровень в качестве единицы данных использует сооб­щение (message).