Инфокоммуникационные системы. к лекции. 1. Основы построения телекоммуникационных сетей Понятие системы и сети связи
 Скачать 247.71 Kb.
|
|
http://siblec.ru/index.php?dn=html&way=bW9kL2h0bWwvY29udGVudC84c2VtLzA5MC8xLTEuaHRt Сети связи и системы коммутации 1. Основы построения телекоммуникационных сетей 1.1. Понятие системы и сети связи Основу теории и техники электросвязи составляет передача на расстояние различного рода сообщений (информации). Под информацией понимают совокупность сведений о каких-либо предметах, событиях, процессах чьей-либо деятельности и т.д. Форма представления информации называется сообщением. Это может быть речь или музыка, рукописный или машинописный текст, чертежи, рисунки, телевизионное изображение. Для передачи по каналам связи каждое сообщение преобразуется в электрический сигнал. Сигнал– физический процесс, отображающий передаваемое сообщение (физический носитель сообщения). Физическая величина изменением, которой обеспечивается отображение сообщений,называется информационным или представляющим параметром сигнала. Перенос сообщений из одной точки пространства в другую осуществляет система электросвязи. Система электросвязи (телекоммуникационная система) – комплекс технических средств, обеспечивающий передачу сообщений от источника к получателю на расстояние (рисунок 1.1). Система электросвязи в целом решает две задачи: 1) доставка сообщений – функции системы электросвязи; 2) формирование и распознавание сообщений – функции оконечного оборудования. Трактом передачи называют совокупность приборов и линий, обеспечивающих передачу сообщений между пользователями. Канал передачи (связи) – часть тракта передачи между двумя любыми точками. В канал передачи не входят оконечные устройства.  Рисунок 1.1 – Структурная схема системы электросвязи (телекоммуникационной системы) Принцип передачи сигналов электросвязи показан на рисунке 1.2.  Рисунок 1.2 – Принцип передачи сигналов электросвязи На входе и на выходе тракта передачи сообщений включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Данные устройства называются первичными преобразователями и сформированные ими сигналы также называются первичными. Например, при передаче речи первичным преобразователем является микрофон, при передаче изображения – электронно-лучевая трубка, при передаче телеграммы – передающая часть телеграфного аппарата. Источник сообщения формирует сообщение a(t), которое преобразуется в электрический сигнал s(t). В системе электросвязи происходят вторичные преобразования сигналов и они транспортируются в форме, отличной от первоначальной. Сеть электросвязи (телекоммуникационная сеть) - совокупность линий (каналов) связи коммутационных станций, оконечных устройств, на определенной территории, обеспечивающая передачу и распределение сообщений (рисунок 1.3).  Рисунок 1.3 – Обобщенная структурная схема сети электросвязи (телекоммуникационной сети) На входе и на выходе сети связи включаются оконечные устройства, обеспечивающие преобразование сообщений в электрические сигналы и обратное преобразование. Оконечные устройства соединяются с коммутационной станцией абонентскими линиями. Коммутационные станции между собой связаны соединительными линиями. Коммутационные станции осуществляют соединение входящих линий с исходящими линиями по соответствующему адресу. В общем виде, сообщение, передаваемое от источника к получателю состоит из двух частей: адресной и информационной. По содержимому адресной части коммутационная станция определяет направление связи и осуществляет выбор конкретного получателя сообщения. Информационная часть содержит само сообщение. Совокупность процедур и процессов, в результате выполнения которых обеспечивается передача сообщений, называется сеансом связи, а набор правил в соответствии, с которыми организуется сеанс связи, называется протоколом. 1.2. Этапы развития сетей и их классификация Различные виды электросвязи длительный период времени развивались независимо друг от друга. Каждый вид электросвязи ориентировался на создание своих каналов, систем передачи (СП) и сетей. Структура сети выбиралась в соответствии с особенностями распределения потоков сообщений, характерных для конкретного виды электросвязи. Некоторые отрасли промышленности и транспорта стали создавать свои сети, предназначенные для удовлетворения потребностей отрасли в передаче сообщений. Разобщенность технических средств не только не позволяла повысить эффективность совокупности сетей в масштабах страны, но и тормозила развитие обособленных сетей. Поэтому уже в начале 1960-х гг. стало ясно, что перспективным направлением развития сетей должно было стать объединение сетей. Было принято решение о создании ЕАСС (Единая автоматизированная сеть связи). ЕАСС базировалась на объединении разрозненных и многочисленных мелких сетей в общегосударственные сети каждого вида электросвязи, а затем в единую сеть с целью совместного использования определенных технических средств, и, в первую очередь, систем передачи и систем коммутации. При создании ЕАСС было учтено, что определенные технические средства участвуют в процессе передачи независимо от вида сообщений, т. е. являются общими. В связи с этим вся сеть страны стала подразделяться на две взаимосвязанные составляющие: 1) первичную сеть – совокупность сетевых станций, сетевых узлов (дать определение в приложении) и соединяющих их линий передачи, которая позволяет организовывать сеть каналов передачи и групповых трактов. Структура первичной сети учитывает административное разделение территории страны. Вся территория Росси поделена на зоны, совпадающие, как правило, с территорией областей, краев. В соответствии с этим первичная сеть также состоит из следующих частей: · местные первичные сети – часть сети, ограниченная территорией города или сельского района; · зоновые первичные сети –часть сети, охватывающая территорию зоны (область, край, республика), обеспечивающая соединение между собой каналов разных местных сетей внутри одной зоны; · магистральная первичная сеть –часть сети, соединяющая между собой каналы разных зоновых сетей на всей территории страны. Структура первичной сети показана на рисунке 1.4.  Рисунок 1.4 – Структура первичной сети 2) вторичная сеть – совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сообщений определенного вида, в состав которой входят: оконечные устройства, абонентские и соединительные линии, коммутационные станции, а также каналы, выделенные из первичной сети для образования вторичной. Вторичные сети подразделяются на следующие виды: · телефонные; · телеграфные; · передачи данных; · факсимильные; · телевизионного вещания; · звукового вещания. В конце ХХ века ход развития технического прогресса, а также исторические изменения политической и экономической структуры России, предопределили формирование новой концепции построения сети связи (1992 г) – ВСС РФ (Взаимоувязанная сеть связи РФ). ВСС РФ – это комплекс технологически сопряженных сетей электросвязи на территории РФ, объединенных общим централизованным управлением. При формировании концепции учитывалось, что ВСС РФ является составной частью Всемирной сети связи WCN (Worldwide communication network), а также общемировая практика построения национальных сетей с использованием современных телекоммуникационных технологий, цифровая сеть связи страны стала подразделяться на две взаимоувязанных составляющих: 1) транспортная сеть – часть сети связи, охватывающая магистральные узлы (МУ), междугородные станции (МС), а также соединяющие их каналы и узлы (междугородные, международные); 2) сеть доступа– совокупность абонентских линий и станций местной сети (СМС), обеспечивающая доступ абонентских терминалов к транспортной сети, а также местную связь без выхода на транспортную сеть. 18 июня 2003 года принят новый Федеральный закон «О связи», в соответствии с которым с 1 января 2004 года начался новый этап развития телекоммуникаций в России. Новый этап в развитии российских телекоммуникаций – это этап превращения российского общества на базе конвергентного объединения информатизации и телекоммуникации в электронно-информационное общество. Сетевой основой российских телекоммуникаций определена Единая сеть электросвязи (ЕСЭ). ЕСЭ является составляющей частью Федеральной связи РФ (рисунок 1.5) и объединяет все сети электросвязи, расположенные на территории России. ЕСЭ предназначена для удовлетворения потребностей населения, органов государственной власти и управления, обороны, безопасности, а также хозяйствующих субъектов.  Рисунок 1.5 – Федеральная связь РФ и состав ЕСЭ РФ ЕСЭ РФ состоит из сетей следующих категорий: 1) сеть общего пользования (СОП) – предназначена для предоставления услуг электросвязи любому пользователю на территории Российской Федерации, которая представляет собой комплекс взаимодействующих сетей связи, включая сети связи для распространения программ телевизионного и радиовещания. СОП имеет присоединение к сетям общего пользования иностранных государств: · телефонные; · телеграфные; · сети передачи данных; · сети звукового вещания; · сети телевизионного вещания. 2) сеть ограниченного пользования (СОгП) – сеть, контингент которой ограничен корпоративными клиентами. СОгП делится на три вида: · технологические сети связи предназначены для обеспечения производственной деятельности организаций и управления технологическими процессами (при наличии свободных ресурсов могут быть присоединены к СОП с переводом в категорию сетей общего пользования и использованы для предоставления возмездных услуг пользователям); · выделенные сети связипредназначены для предоставления услуг ограниченному числу пользователей (такие сети могут взаимодействовать между собой, могут быть присоединены к СОП с переводом в категорию сети общего пользования, если она соответствует ее требованиям); · сети связи специального назначения предназначены для обеспечения государственного управления, обороны, безопасности и охраны правопорядка). В целях упорядочения управления сетями, мониторинга их состояния и обеспечения их взаимодействия необходима классификация сетей по разным существенным признакам, которая позволит определить место каждой сети в системе электросвязи, выявить свойства сетей с разных точек зрения на основе системного подхода. В таблице 1.1 приведена классификация сетей ЕСЭ РФ. Таблица 1.1 – Классификация сетей ЕСЭ РФ
1.3. Основные способы построения телекоммуникационных сетей связи Одним из основных требований, предъявляемых к сетям передачи индивидуальных сообщений (телефонные, телеграфные, факсимильные, передачи данных), является то, что сеть должна обеспечить каждому пользователю возможность связаться с другим пользователем.Для выполнения этого требования сеть связи строится по определенному принципу в зависимости от условий функционирования. Следовательно, сети связи могут иметь различную структуру, т. е. отличаться числом и расположением узловыхиоконечных пунктов (станций), а также характером их взаимосвязи [1]. На рисунке 1.6 показаны способы построения сетей связи. При полносвязанном способе построения (принцип «каждый с каждым») между узлами существует непосредственная связь. Используется при небольшом количестве узлов на сети (рисунок 1.6 а). При радиальном способе построения сети связь между узлами осуществляется через центральный узел (рисунок 1.6 б). Используется при построении сети на сравнительно небольшой территории. На большой территории сеть связи строится по радиально-узловому способу (рисунок 1.6 в). Кольцевой способ построения сети предусматривает возможность осуществления связи как по часовой, так и против часовой стрелки (рис. 1.6 г). В этом случае при повреждении на определенном участке сеть сохраняет свою работоспособность. При комбинированном способе построения сети узлы на верхнем иерархическом уровне связываются по полносвязанной схеме рисунок 1.6 д). В этом случае выход одного из узлов не нарушает работу всей сети.  Рисунок 1.6 – Способы построения сетей связи 1.4. Эталонная модель взаимодействия открытых систем Обмен информацией в телекоммуникационных сетях осуществляться по определенным, заранее оговоренным правилам (стандартам). Эти правила разрабатываются рядом международных организаций. Взаимодействие в современных телекоммуникационных сетях организуется в соответствии с эталонной моделью взаимодействия открытых систем (ЭВОС), которая была предложена в 1980 году Международной организацией по стандартизации МОС (ISO – International Organisation for Standartisation) для вычислительных сетей. Открытыми называются системы, использующие одинаковые протоколы взаимодействия. Протокол –набор правил, регламентирующих взаимодействие для обмена сообщениями между независимыми устройствами или процессами. Общая проблема связи состоит из двух частей: 1) первая часть касается сети связи – данные, передаваемые по сети должны поступить по назначению в правильном виде и своевременно; 2) вторая часть – обеспечение распознавания данных для дальнейшего использования – функции оконечного оборудования пользователя. Все задачи, решаемые для организации взаимодействия пользователей, разделены на семь групп – уровней эталонной модели (рисунок 1.7).  Рисунок 1.7 – Эталонная модель взаимодействия открытых систем Три нижних уровня представляют услуги сети. Протоколы, реализующие эти уровни, должны быть предусмотрены в каждом узле сети. Четыре верхних уровня представляют услуги оконечным пользователям и связаны с ними, а не с сетью. Нижние уровни используются для того, чтобы направлять данные от одного пользователя к другому. Верхние уровни решают задачи представления данных пользователю в такой форме, которую он может распознать. Выбор семи уровней продиктован следующими соображениями: 1) необходимо иметь достаточно уровней, чтобы каждый из них не был слишком сложным с точки зрения разработки протокола; 2) желательно иметь не слишком много уровней, чтобы их интеграция и описания не стали слишком сложными; 3) желательно выбрать естественные границы, чтобы родственные функции были собраны на одном уровне. В эталонной модели модуль уровня n взаимодействует с модулями только соседних уровней (n-1) и (n+1). Уровни модели выполняют следующие функции: 1) Физический уровеньобеспечивает передачу последовательности бит в виде сигналов определенной физической природы со скоростью, соответствующей пропускной способности канала. 2)Канальный уровеньформирует блоки данных – кадры, осуществляет управление доступом к передающей среде, обнаруживает и исправляет ошибки. 3)Сетевой уровеньреализует функцию маршрутизации. Блоки данных сетевого уровня называются пакетами. Физический, канальный и сетевой уровни являются сетезависимыми, поэтому их функционирование меняется в зависимости от типа сети связи. 4)Транспортный уровеньзанимает центральное место в иерархии уровней, обеспечивает взаимодействие процессов в подключаемых оконечных устройствах и сквозное управление движением пакетов между этими процессами. Наличие этого уровня освобождает пользователей от необходимости изучения всех функций коммутации, маршрутизации и отбора (селекции) данных. Четыре нижних уровня (физический, канальный, сетевой, транспортный) составляют транспортную сеть. 5)Сеансовый уровеньобеспечивает поддержание диалога между процессами, выполняя функции по организации передачи данных и по синхронизации процедур взаимодействия (рисунок 1.8).  Рисунок 1.8 – Пример диалога в сети 6)Уровень представленияобеспечивает интерпретацию данных. На этом уровне реализуется синтаксис (анализируется представление символов, формат страниц, кодирование и др.). 7)Прикладной уровеньреализует функции, которые не могут быть приписаны предыдущим уровням. Протоколы прикладного уровня придают соответствующий смысл (семантику) обмениваемой информации. Прикладной уровень обеспечивает выполнение всех информационно-вычислительных процессов.  Рисунок 1.9 – Взаимодействие уровней Многоуровневая организация взаимодействия порождает необходимость модификации информации на каждом уровне в соответствии с функциями уровня (рисунок 1.9). При передаче на каждом уровне блок данных принимается от вышестоящего уровня, к данным добавляется управляющая информация и блок передается нижестоящему уровню. На приемном конце каждый уровень использует только соответствующий заголовок, не просматривая остальную часть принятого блока данных. Следовательно, уровни самостоятельны и изолированы друг от друга. Это позволяет удалять и заменять протоколы и программы отдельных уровней, не затрагивая остальную часть модели. Многоуровневая организация обеспечивает независимость управления на уровне n от порядка функционирования нижних и верхних уровней: - управление информационным каналом происходит независимо от физических принципов функционирования физического канала; - управление сетью не зависит от способов обеспечения надежности информационного канала; - транспортный уровень взаимодействует с сетью как с единой системой, обеспечивающей доставку сообщений пользователям; - прикладной процесс создается только для выполнения определенных функций обработки данных без учета структуры сети, способов выбора маршрута, типа каналов связи и т.д. Пользователи для организации взаимодействия опираются на службу взаимодействия.Взаимодействие между пользователями организуется средствами управления сеансами (уровень 5), которые работают на основе транспортного канала, обеспечивающего передачу сообщений в течение сеанса. Транспортный канал, создаваемый на уровне 4, включает в себя сеть связи, которая организует информационные каналы между пользователями (рисунок 1.10).  Рисунок 1.10 – Организация взаимодействия между пользователями |