Лекции - Сети связи и системы коммутации. Сети связи и системы коммутации
 Скачать 5.1 Mb.
|
|
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 узловых и оконечных 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 уровень обеспечивает передачу последовательности бит в виде сигналов определенной физической природы со скоростью, соответствующей пропускной способности канала. 2)Канальный уровень формирует блоки данных – кадры, осуществляет управление доступом к передающей среде, обнаруживает и исправляет ошибки. 3)Сетевой уровень реализует 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 уровень занимает 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 уровень обеспечивает 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 представления обеспечивает интерпретацию данных. На этом уровне реализуется синтаксис (анализируется представление символов, формат страниц, кодирование и др.). 7)Прикладной уровень реализует 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. М  ногоуровневая организация взаимодействия порождает необходимость модификации информации на каждом уровне в соответствии с функциями уровня (рисунок 1.9).Рисунок 1.9 – Взаимодействие уровней 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 1.5 Методы коммутации в телекоммуникационных сетях Система коммутации выполняет задачу распределения информационных потоков. Известны два основных принципа коммутации: 1) непосредственное соединение (коммутация без запоминания передаваемой информации); 2) соединение с накоплением информации (коммутация с запоминанием). Непосредственное соединение (коммутация каналов) При коммутации каналов осуществляется физическое соединение входящих линий с исходящими линиями по соответствующему адресу (рисунок 1.11). Достоинства метода коммутации каналов: - возможность организации “диалога”, т.к. время задержки в передаче сообщения невелико; - абоненты имеют возможность вести передачу сообщений после установления соединения независимо от нагрузки, поступающей от других абонентов.  Рисунок 1.11 – Коммутация каналовНедостаток. В случае отсутствия свободных каналов в требуемом направлении вызывающий пользователь получает отказ в установлении связи, поэтому системы КК называются системами с отказами (потерями вызовов). Потерянными вызовами называют вызовы, не закончившиеся передачей сообщения по вине коммутационной системы. Потери оцениваются по отношению числа потерянных вызовов к общему числу поступивших и является качественным показателем обслуживания. Р=Спот / Спост где Спот– число потерянных вызовов; Спост– общее число поступивших вызовов. Установление соединения путем коммутации каналов проходит следующие фазы: направление заявки на соединение, для чего вызывающий абонент с помощью вызывного устройства посылает по абонентской линии в коммутационную систему заявку на соединение, содержащую условный адрес вызываемого абонента; организация сквозного физического канала– оборудование коммутационной системы по полученной заявке осуществляет соединение соответствующих абонентских линий, если абоненты принадлежат одной коммутационной системе, или магистральных линий между коммутационными системами, к которым принадлежат участвующие в сеансе связи абоненты. После организации сквозного канала вызывающий абонент получает из коммутационной системы сигнал установления соединения, а вызываемый абонент - сигнал вызова; 3) передача сообщений между абонентами; 4) разрушение соединения - после завершения сеанса передачи и получения от абонента сигнала отбоя аппаратура коммутационной системы разрушает установленное соединение. Коммутация с запоминанием В системах с накоплением информации пользователь не получает отказа в случае отсутствия свободных каналов. Его сообщение временно записывается в память УУ коммутационной станции и выдается дальше после освобождения канала, поэтому системы с накоплением называется системами с ожиданием.Известны две разновидности коммутации с накоплением: 1  ) Коммутация сообщений- в системах с накоплением информации пользователь не получает отказа в случае отсутствия свободных каналов. Его сообщение временно записывается в память УУ коммутационной станции и выдается дальше после освобождения канала, поэтому системы с накоплением называются системами с ожиданием (рисунок 1.12). Данный метод нашел применение на телеграфной сети общего пользования. Рисунок 1.12 – Коммутация сообщений 2) Коммутация пакетов– исходящее сообщение делится на «пакеты», каждый из которых содержит часть полезной информации и заголовок (рисунок 1.13). Заголовок первого пакета содержит характеристику сообщения: адреса исходящего, входящего пунктов, количество пакетов в сообщении и другое. В остальных пакетах в заголовок может включатся идентификатор, определяющий принадлежность пакета к сообщению, порядковый номер пакета.  Рисунок 1.13 – Коммутация пакетов Существуют два способа доставки сообщений: дейтаграммный (датаграммный), при котором пакеты движутся по сети независимо друг от друга любыми свободными маршрутами;виртуальное соединение, при котором передача сообщений идет в виде последовательности связанных в цепочки пакетов через память управляющих устройств центров коммутации пакетов (ЦКП), функции которых могут выполнять современные цифровые системы коммутации (ЦСК). Данный способ позволяет соединить достоинство метода коммутации каналов (передачу сообщений в естественной последовательности) и достоинство метода коммутации пакетов (высокую скорость передачи сообщений). Для коммутации сообщений характерны следующие фазы установления соединения: направление заявки на соединение – вызывающий абонент передает в ЦКС сообщение вместе с условным адресом вызываемого абонента; запоминание сообщения – в ЦКС сообщение запоминается, а и по адресу определяется канал передачи; передача сообщения. Если канал к соседнему ЦКС свободен, то сообщение немедленно туда передается, где повторяется та же операция. Если канал к соседнему ЦКС занят, то сообщение хранится в памяти до освобождения канала. Сообщения устанавливаются в очередь по направлениям передачи с учетом категории срочности. Для коммутации пакетов присущи следующие фазы установления соединения:1) Направление заявки на соединение – вызывающий абонент передает в ЦКП сообщение вместе с условным адресом вызываемого абонента. Представление сообщения в виде пакетов. Если разбиение на пакеты происходит в ЦКП, то дальнейшая передача пакетов осуществляется по мере их формирования, не дожидаясь окончания приема в ЦКП всего сообщения. Передача пакетов. Если канал к соседнему ЦКП свободен, то пакет немедленно передается на соседний ЦКП, где повторяется та же операция. Если канал к соседнему ЦКП занят, то пакет определенное время может храниться в памяти УК до освобождения канала. В таблице 1.2 приведены для сравнения характеристики сетей с различными методами коммутации. Таблица 1.2 – Сравнительная характеристика сетей с различными методами коммутации
|