Сети связи и системы коммутации

Глава 1. Принципы построения телекоммуникационных сетей

1 1

Сообщение (набор данных, объединенных смысловым содержанием) может иметь любые размеры, но перед направлением в коммуникационную сеть делится на фрагменты. Каждый узел принимает сообщение по частям, собирает, записывает в память, проверяет на наличие ошибок, затем разбирает на части и передает следующему узлу. Необходимость в большой памяти и относительно малая скорость передачи данных привели к тому, что коммутация сообщений в большинстве сетей заменена другими видами, например коммутацией пакетов. Пакет представляет собой блок данных, составляющий часть сообщения. В отличие от коммутации сообщений, в этом случае узлы не накапливают все сообщение, а обрабатывают лишь пакет. Коммутатор обеспе- чивает передачу пакетов из одного канала в другой, подключен-ный к данному узлу. Пары каналов на время сеанса в единое целое не соединяются.

Некоммутируемая сеть обеспечивает постоянные соединения между собой оконечных установок, включенных в эту сеть.

С учетом современных тенденций сети телекоммуникаций Российской Федерации условно можно подразделить на два вида: транспортные и сети доступа [10, 11].

Сеть транспортная (Transport Network) — часть сети связи, охватывающая магистральные узлы, междугородные станции, а также соединяющие их каналы и узлы (национальные и международные).

Сеть доступа (Access Network) — совокупность абонентских линий и станций местной сети, обеспечивающих доступ абонентских терминалов к транспортной сети, а также местную связь без выхода на транспортную сеть.

Сравнение приведенных определений с определениями первичной и вторичной сетей показывает, что понятие транспортных сетей не полностью адекватно понятию первичной сети, а понятие сети доступа — понятию вторич- ной сети. Термины имеют самостоятельное значение, раскрывающее различные смысловые аспекты.

Телеинформатика — совокупность техники электросвязи и обработки данных для дистанционной обработки информации [2].

Телеинформационные службы (ТИСл):
• телефония,	• телеконтроль,
• телеграфия,	• телеобразование,
• передача данных,	• телемагазин,
• телевидение,	• телебиржа,
• звуковое вещание,	• телеаукцион,
• телематические службы,	• телереклама,
• телеметрия,	• кооперативная работа,
• телекоманда,	• дистанционная аварийная
• телеуправление,	сигнализация,
• теленаведение,	• службы будущего.

Телематические службы (ÒÌÑë) — службы электросвязи (за исключе- нием телефонных, телеграфных и СПД), которые определены МСЭ-Т и организуются предприятиями электросвязи для обмена информацией по сетям

электросвязи:
• телетекс,	• телерукопись,
• видеотекст,	• телеконференции,
• факсимильные службы,	• телемагазин,
• служба обработки сообщений (СОС),	• телеаукцион,
• справочная служба,	• телебиржа,

1 2	В.М. Винокуров. Сети связи и системы коммутации

• телетекст (справочное вещание — передача текстовых и графических сообщений на экраны телевизоров в периоды гашения обратного хода луча кадровой развертки ТВ сигнала).

Различают два класса ТМСл:

1)службы информационого обеспечения (видеотекс, справочная служба

èäð.);

2)службы информационного обмена, подразделяющиеся на службы индивидуальной связи (телефакс, видеотелефон и пр.) и службы коллективной связи (телеконференции и пр.). Различают службы информационного обмена интерактивного доступа (видеотекс, справочная и пр.) и службы отложенного доступа (СОС и пр.). Подавляющее число ТМСл являются абонентскими,

èлишь бюрофакс — клиентской.

Службы связи делят на две группы:

•службы передачи;

•телеслужбы.

Службы передачи предназначены для кодонезависимой передачи сообщений по схеме «терминал — транспортная сеть — терминал».

Телеслужбы являются службами непосредственной связи по схеме «пользователь — пользователь». Согласно рекомендации F.353, к телеслужбам относят службы передачи данных и телематические службы.

Услуги, предоставляемые службами, определяются не только применяемыми системами передачи и коммутации, но и в значительной мере оконеч- ными устройствами. В этой связи полезно отметить, что сеть обеспечивает услуги не пользователю, а включенному в нее оконечному устройству. В слу- чае согласования служб решается более сложная задача — обеспечение взаимопонимания между абонентами сопрягаемых служб.

Концептуальная модель телеинформационных служб состоит из трех слоев (рис. 1.2) [2].

				àö
			îðì
		íô
	åè
åë
Ò

èî

ííà

ÿ

ñ

ëóæ

áà

	ÇÂ ÒÂ	ÒËÔ
ÑÏÄ-ÊÏ		ÒËÃ
ÑÏÄ-ÊÊ		Ó-ÖÑÈÑ
ÀÒ-	Первичная сеть связи

ТЕЛЕКС

ÀÊ		Ø-ÖÑÈÑ
	ÑÏÄ-ÐÊ	Вторичные сети
	Рис. 1.2 — Модель ТИСл

Центральный слой соответствует первичной сети связи, второй слой — вторичным сетям связи: СПД-РК — сети передачи данных (ПД) с ретрансляцией кадров (Frame Relay); АК — сети арендованных каналов; АТ-телекс —

Глава 1. Принципы построения телекоммуникационных сетей

1 3

абонентского телеграфа, телекса; СПД-КК — сети передачи данных с коммутацией каналов; СПД-КП — сети ПД с коммутацией пакетов; ЗВ — звукового вещания; ТВ — телевизионного вещания; ТЛФ — телефонной; ТЛГ — телеграфной сети общего пользования; У-ЦСИС (ISDN) — узкополосной цифровой сети с интеграцией служб; Ш-ЦСИС (B-ISDN) — широкополосной цифровой сети с интеграцией служб (в том числе по технологии АТМ). Два первых слоя составляют сеть связи. Третий слой соответствует различным телеинформационным службам.

То, что передается по сети связи, относится к синтаксическому аспекту рассмотрения сообщений — формальным правилам объединения знаков в сообщение и передаче его по сети связи. То, что принимается терминалом, относится к семантическому аспекту — информационному смыслу последовательности знаков, образующих сообщение. То, что воспринимается получателем информации, относится к прагматическому аспекту — содержанию сообщения, которое представляет интерес для получателя.

1.2. Классификация информационных сетей

Любая попытка классификации сетей связи не может претендовать на полноту и законченность с учетом глубины детализации, временных и содержательных ограничений, а также наличия различных трактовок и тенденций. Учитывая высокую степень компьютеризации современных сетей связи, наиболее приемлемой будем считать классификацию информационных сетей (рис. 1.3), приведенную в [12]. Вместе с материалами предыдущего подраздела ее рассмотрение даст достаточно полную картину. Здесь за основу взяты классификационные признаки, указанные на рисунке в окружностях.

Рассмотрим классификацию в порядке следования признаков.

По признаку масштаба ИС

Все ИС можно разделить на сети больших размеров (глобальные), сети среднего масштаба (региональные èëè зональные) и малых размеров (местные èëè локальные). В настоящее время широкое распространение получил термин «корпоративные сети» [13], применяемый для характеристики сетей, позволяющих производить централизованное управление объединением предприятий, образующих корпорацию. В состав корпоративной сети могут входить магистральные сети — глобальные (WAN — Wide Area Network), городские (MAN — Metropolitain Area Network) и локальные (LAN — Local Area Network). Термин «локальные сети LAN» применим только к компьютерным сетям (Проект 802 IEEE).

По признаку особенности архитектуры ИС

Архитектура сети — концепция, определяющая модель, структуру, выполняемые функции и взаимосвязь компонентов сети [1]. Архитектура выступает как единство или согласованность физической, логической и функциональной сетевых структур [12].

Физическая структура ИС — схема связи физических элементов: технических средств, аппаратуры узлов, сами узлы, вычислительные устройства, устанавливаемые в узлах.

Обобщенная геометрическая модель физической структуры определяет топологию ИС. Конкретный состав аппаратурных средств называется конфигурацией ÈÑ.

Информационные сети

Масштабы		Особен-		Целевое
		ности архи-		назначение
ÈÑ
		тектуры		ÈÑ
		ÈÑ
глобальные	Коммуникаци-			Общего		Специального
локальные	онные сети			пользования		назначения
региональные
Телефон	Телеграф			Передача	ÈÑ ÀÑÓ	ÈÑ ÑÀÏÐ
				файлов
Телерадиовещание
Передача данных		Топологии	Управле-
			íèå è îðãà-
		и конфигу-	низация	Сети вычисли-		ÈÑ ÁÍ
		рации ИС	процессов	тельных центров
централизованные					ИС с селекцией
			ИС с коммутацией
однородные			с системой защиты		без защиты
древовидные	многосвязные

открытые

Рис. 1.3 — Классификация информационных сетей

4 1

коммутации системы и связи Сети .Винокуров .М.В

Глава 1. Принципы построения телекоммуникационных сетей

1 5

Логическая структура ИС — определяет принципы установления связей, алгоритмы организации процессов и управления ими, логику функционирования программных средств.

Функциональная структура — программное обеспечение ИС.

По уровню развития архитектуры ИС можно разделить на коммуникационные и информационно-вычислительные сети.

Коммуникационные сети обеспечивают связь и обмен информацией между территориально разделенными пользователями и абонентскими системами.

Информационно-вычислительные ñåòè предоставляют по запросам пользователей и систем те или иные информационные, вычислительные ресурсы и услуги и, как правило, организуются на базе той или иной коммуникационной сети. Примеры коммуникационных сетей [1, 14]:

•DATAPAC — сеть коммутации пакетов; Канада; корпорация TransCanada Telephone System; 1977 г.;

•INFONET — глобальная КС коммутации пакетов; 20 государств, 1971 г.;

•TYMNET — международная КС, корпорация Tymshare; 1971 г. (коммутация пакетов);

•EURONET — сетевые службы интерактивного поиска научно-техни- ческой информации; комиссия Европейского союза; 1979 г.;

•IBM Network — межконтинентальные КС (электронная почта, сетевые службы);

•РОСТЕЛЕКОМ — российская федеральная сеть передачи данных;

•GEN (Global European Network) — скоростная сеть ISDN; оптические каналы 64 кбит/с – 140 Мбит/с; 1993 г.;

•TRANSPAC (Франция, РТТ) — электронная почта, сетевые службы; 1978 г.

Информационная сеть создается подключением к КС абонентских систем (рис. 1.4).

Абонентская система (АС) — система, являющаяся поставщиком и потребителем информации. Включает в себя устройства двух типов: À è Â (рис. 1.5) [1]. Устройства À выполняют прикладные процессы. Функции взаимодействия реализуют как устройства типа À, так и устройства типа Â. Однако устройства типа B разгружает устройства À для эффективного выполнения прикладных программ. Устройства À è Â соединяются друг с другом каналами либо шинами. Устройства Â могут находиться в КС и принадлежать, таким образом, предприятиям связи.

Информационная сеть 1				À
ÀÑ	ÀÑ			Â
							ÊÑ
	ÀÑ	Информационная
	ÊÑ	ñåòü 2		Â
	ÀÑ
						À
			À	À
Рис. 1.4 — Информационная сеть			Рис. 1.5 — Абонентская система

1 6	В.М. Винокуров. Сети связи и системы коммутации

Примеры информационных сетей [1, 14]:

•SPRINT — глобальная информационная сеть, созданная корпорацией Sprint International (взаимодействие абонентских сетей);

•MARK III — информационная сеть, созданная General Electric (электронная почта, базы данных, платежи);

•AERONET — общество SITA (Society International Travel by Air);

•ARPANET (Advanced Research Projects Agency) — Агентство перспективных исследовательских проектов министерства обороны США;

•HERMES — создана Европейским объединением железных дорог;

•Internet — глобальная информационная сеть, с 1991 г. — общество INTERNET. Архитектура ARPANET.

Предоставляемые сетями услуги могут быть классифицированы следующим образом:

•установление связи — наиболее простой вид услуг, который можно реализовать средствами коммуникационной сети;

•передача данных требует более сложных средств и более совершенной архитектуры;

•телеобработка требует программного обеспечения для реализации процедур телекоммуникационного доступа, мультиплексоры передачи данных

èò.ä.;

•передача файлов требует наличия развитых программных средств. Основная проблема состоит в идентификации имен и адресов файлов;

•доступ к расширенным базам данных позволяет использовать информацию по различным тематическим направлениям для тех или иных целей.

Известны два основных метода распределения информации — коммутация и селекция. Коммутация может быть осуществлена тремя способами: коммутация каналов, коммутация сообщений, коммутация пакетов. Селекция основывается на выбранном методе доступа взаимодействующих систем к передающим физическим средствам соединения (ФСС). Применяется селекция в широковещательных и локальных сетях, где из множества одновременно циркулирующих сигналов выбираются нужные. Соответственно пере- численным методам различают сети связи с маршрутизацией и селекцией данных.

Коммутируемая сеть — это сеть, в которой для передачи данных необходимо выполнение процесса маршрутизации [1]. Сеть состоит из узлов коммутации, связанных каналами друг с другом, абонентами и административными сетями. Каждый узел коммутации участвует в передаче, управляя только своей зоной (каналами, связанными с этим узлом), осуществляя маршрутизацию в зоне и коммутацию блоков данных либо каналов в соответствии с адресами отправителя и получателя. Кроме того, узлы коммутации могут сообщать друг другу о состоянии компонентов сети и трафика в различных ее частях.

Важной особенностью, отличающей данные сети от сетей с селекцией данных, описываемых ниже, является наличие в них узлов коммутации. Коммутируемые сети называют также узловыми сетями.

Различают сети с коммутацией каналов, коммутацией пакетов, скоростной коммутацией данных, ISDN (ЦСИО — цифровые сети с интегрированными услугами). Классический пример сетей с маршрутизацией данных — телефонная сеть.

Сеть с селекцией данных — это коммуникационная сеть, в которой каждая система осуществляет селекцию блоков данных. Характерная особенность

Глава 1. Принципы построения телекоммуникационных сетей

1 7

такой сети — отсутствие узлов коммутации. Здесь к одному либо к группе параллельно проложенных каналов подключаются абонентские и административные системы (рис. 1.6). Каждый из общих каналов может быть разомкнутым (моноканал) или замкнутым (циклическое кольцо). Любой посланный системой-отправителем блок данных в виде копии получают все системы сети. В соответствии с адресами полученных блоков каждая система принимает и обрабатывает предназначенные ей блоки, а остальные уничтожает.

		Абонентский
		интерфейс
	ÓÊ1	ÓÊ2
		Межузловой
	Магистральный	интерфейс
	канал	ìÊ2
	Абонентский	Межсетевой
	канал
		интерфейс

Рис. 1.6 — Узловая (коммутационная) сеть

Âбольшинстве случаев метод селекции данных применяют в локальных сетях. Наиболее распространенным стандартом является здесь Проект 802 IEEE. Примеры сетей с селекцией данных — кольцевая сеть IBM, сеть Ethernet, сеть Fast Ethernet, сеть ARCnet, сеть NetWare.

Система управления процессами в сети должна управлять информационными потоками, предохранять сети от перегрузок, восстанавливать нормальные режимы функционирования в случаях их отклонений от допустимых, производить тарификацию (оплату услуг) нагрузки и т.д. [12, 15]. Сетевая служба, обеспечивающая управление сетью, носит название cетевой службы NMS (Network Management System).

Âзависимости от характера средств, методов и алгоритмов управления можно выделить ИС с централизованным è распределенным управлением. При этом могут осуществляться как жесткие (фиксированные) алгоритмы управления ИС, так и гибкие (адаптивные), позволяющие производить динамическое распределение ресурсов сети.

Сеть управления электросвязью TMN (Telecommunications Management Network) является самостоятельной сетью, но имеет точки подключения к элементам сети электросвязи (интерфейсы) (рис. 1.7). Через интерфейсы происходит сбор оперативной информации о состоянии сетевых элементов и передача команд управления этим элементам.

Операционная система выполняет функции управления:

• автоматику, анализ состояния сети связи;

• контроль поврежденных участков сети;

• выбор обходных путей для нагрузки сети в случае неисправностей;

• оповещение обслуживающего персонала о нарушении в работе сетевых элементов, сбор статистических данных и др.

1 8		В.М. Винокуров. Сети связи и системы коммутации
		Операционная		Операционная
		система		система
	Рабочая		Ñåòü èÑ
	станция
	ÀÒÑ	Система	ÀÒÑ	Система	ÀÒÑ
		передачи		передачи

Рис. 1.7 — Сеть управления электросвязью

С помощью рабочей станции (персонального компьютера) обслуживающий персонал взаимодействует с сетью управления.

Сеть передачи данных служит для организации связи между сетевыми элементами, операционными системами и рабочими станциями. Сеть строится на основе низкоскоростных цифровых каналов (например, 9,6 кбит/с) и протоколов (например, Х.25).

Все современное оборудование сетей электросвязи (SDH, ATM, GSM) выпускается с устройствами для подключения TMN — специализированной микроЭВМ (контроллера). Контроллер имеет специальные разъемы для подключения сети TMN и местного компьютера. Благодаря этому можно изменять программу контроллера и производить управление сетевым элементом. Возможно изменение конфигурации сетевого элемента, например переключе- ние групповых и линейных трактов в системах передачи и т.д. Благодаря TMN можно управлять сетевыми элементами, расположенными на большом расстоянии (от десятков до тысяч километров) от центра управления.

Информационные и вычислительные ресурсы представляют собой определенную, а порой и значительную, ценность и нуждаются в защите. В таких случаях все возможные пути прохождения данных в сети от отправителя сообщения до получателя должны быть защищены. Это обычно называют безопасностью из конца в конец [16]. Поэтому, характеризуя сети, необходимо сравнивать их по наличию средств защиты обеспечения целостности данных и сохранности ресурсов от действия различных дестабилизирующих и разрушающих факторов. При этом важным свойством каждой ИС является ее способность устанавливать связи с другими сетями либо через общие узлы, либо путем создания специальных каналов.

Если сеть может быть соединена с другими, то она называется открытой для доступа, если не может (или не должна) — закрытой.

По топологии ИС можно разделить по наличию в них центрального узла на сети с централизованной и децентрализованной структурами. В централизованной структуре все функции управления сетью поручаются единственной административной системе. Вместе с тем в последнее время приобретает большую популярность распределенная, децентрализованная структура сети [1]. В ней функции управления распределяются между группой систем. Эта структура дороже, но более надежна. В случае выхода из строя одной из административных систем ее функции поручаются другим системам.

Важным топологическим признаком классификации сетей является количество возможных связей между двумя узлами. В зависимости от этого

Глава 1. Принципы построения телекоммуникационных сетей

1 9

различают односвязные (древовидные, ðèñ. 1.8,á) è многосвязные (ðèñ. 1.8,à, 1.9). При соединении узлов по принципу «каждый с каждым» сеть называется полносвязной. Сеть называется k-связной, если любые два узла соединены независимыми каналами, число которых не менее k. В сетях глобального типа целесообразна многосвязная структура с обходными путями. В древовидной сети возможность выбора альтернативных маршрутов исключается.

Рис. 1.8 — Типовые топологические структуры ИС: à — полносвязная; á — древовидная

y2	y3			x3
					x4
		x1
y1				x2
	yi				x5
yn	y		x6
	k			á
a				V1
	V2 k
1		V11		V3	V2
1 2 2	k
V1		Vn			V4
k	2 1			V6
		V10
	2
			V8
k	1	V			V5
Vi		9		V7
	â		ã

Рис. 1.9 — Варианты топологических структур:

à — кольцевая; á — петлевая; â — k-связная; ã — сеткообразная

Одной из особенностей сетевой структуры, учитываемой при классификации ИС, является свойство ее однородности или неоднородности. Однородными считаются ИС, узлы которых состоят из однотипного оборудования и выполняют одинаковый набор функций. В противном случае сеть является

неоднородной.

1.3. Характеристики качества информационных сетей

Различают следующие характеристики качества ИС.

1. Общее число связей ИС определяет ее потенциальную способность устанавливать взаимодействие между пользователем и распределенными

2 0	В.М. Винокуров. Сети связи и системы коммутации

ресурсами сети. Чем больше число пользователей, имеющих возможность подключаться к сети и использовать ее ресурсы, тем совершеннее сеть.

2.Временные характеристики качества: среднее время доступа и среднее время обслуживания.

3.Надежность обслуживания — вероятность безотказной работы.

4.Достоверность передачи, сохранность и целостность информации.

5.Возможность доступа к информационным и вычислительным ре-

сурсам.

По целевому и прикладному назначению существующие ИС можно разделить на сети общего пользования и сети специального назначения.

Ñåòè общего пользования основаны на принципах всеобщей коммуникабельности (открытости) и универсальности. Как правило, такие сети являются большими и используют в качестве базовых коммуникационных сетей национальные сети.

В качестве примеров ИС специального назначения можно указать следующие разновидности (см. рис. 1.3):

• ÈÑ ÀÑÓ — для автоматизированных систем управления;

• ÈÑ ÑÀÏÐ — для систем автоматизированного проектирования;

• ИС АСНТИ — для автоматизированных систем научно-технической информации;

• ÈÑ ÀÏÎ — для автоматизации процессов обучения;

• ÈÑ ÁÍ — бытового назначения (справки, организация досуга, куль- турно-массовое обслуживание).

Контрольные вопросы

1.Какие из приведенных ниже терминов не принято применять к названию системы связи: абонентская, коммуникационная, аналоговая, локальная?

2.Как можно классифицировать магистральную сеть, построенную на основе технологии SDH, как первичную или вторичную?

3.Найдите смысловые ошибки в приведенной ниже фразе: «Канал передачи содержит типовой групповой тракт на основе аналоговой системы передачи T3 и организован в сети, состоящей из 3 сетевых узлов и 4 сетевых территориальных станций».

4.Присутствует ли смысловая ошибка во фразе: «…сеть передачи данных, наложенная на коммутируемую выделенную телефонную сеть…»?

5.Как следует трактовать термин «отложенный доступ»: а) на сети произведена модернизация, способ доступа изменен; б) доступ следует осуществлять на следующем сетевом узле; в) передача была осуществлена не в реальном времени?

6.Кому сеть представляет сервис, пользователю или терминалу?

7.Существует ли глобальная информационная централизованная открытая коммутационная сеть с адаптивным управлением?

8.Терминал не является частью сети. Как же объяснить тот факт, что информационная сеть по определению создается в результате подключения абонентской системы, включающей в себя терминал, к коммуникационной системе?