Сети связи и системы коммутации

Глава 2. Стандартизация (нормализация) в телеинформатике							3 1
Абонентская					Абонентская
система А					система B
Прикладные	Протоколы				Прикладные
процессы					процессы
прикладной					Application
представительный
					Presentation
сеансовый					Session
транспортный					Transport
сетевой					Network
канальный					Link
физический					Physical

Физические средства соединения

Среда сети

Среда ВОС

Среда реальных систем

Рис. 2.5 — Функциональные среды

Взаимодействие между абонентскими системами (рис. 2.6) происходит через ретрансляционную систему, расположенную в промежуточном узле связи. Стрелками показаны протоколы равноправных логических объектов (Peer-to- peer Communication).

Абонентская		Абонентская
система À		система Â
Прикладные		Прикладные
процессы	P-òèï	процессы

	Область	Ретрансляционная	Область
		система
	взаимодействия		взаимодействия
		X-процессы

Ê-òèï

Рис. 2.6 — Типы протоколов

3 2	В.М. Винокуров. Сети связи и системы коммутации

Протоколы, прописанные непосредственно между абонентскими системами, носят название P-протоколов, в то время, как протоколы, описывающие взаимодействие пар смежных систем, называются K-протоколами (см. рис. 2.6) [1]. В зависимости от набора уровней, на которых располагаются протоколы, различают четыре класса сетей [1] (табл. 2.1).

Таблица 2.1

	Особенности классов цепей
		Уровни функционирования		Уровень функциони-
Класс сети		протоколов
				рования X-процесса
		P-òèï	K-òèï
Сеть с селекцией данных		1, 2, 3, 4, 5, 6, 7	–	–
Сеть с коммутацией
каналов		2, 3, 4, 5, 6	1	физический
Сеть скоростной
коммутации данных		3, 4, 5, 6	1, 2	канальный
Сеть коммутации
пакетов		4, 5, 6	1, 2, 3	сетевой

В сети с селекцией данных узел коммутации отсутствует, поэтому все протоколы относятся к Ð-типу. При коммутации каналов аппаратура узлов коммутации использует протоколы лишь физического уровня. Сети коммутации пакетов используют протоколы трех нижних уровней. Коммутация пакетов происходит программным путем и имеет свои пределы увеличения скорости передачи. Сети скоростной коммутации данных реализуют новую технологию сквозной коммутации быстрых пакетов, заключающуюся в выполнении всех функций коммутации и маршрутизации только аппаратным путем.

2.6.3. Функции, выполняемые уровнями ЭМВОС

Основные функции, выполняемые ЭМВОС [19], сведены в таблицу 2.2. Таблица 2.2

		Основные функции ЭМВОС
7	Прикладной	Интерфейс с прикладными программами
		Передача, доступ и управление файлами
		Обмен сообщениями и документами (например,
		электронная почта)
		Передача задач и манипулирование ими
6	Представительный	Взаимная конверсия различных синтаксисов
	(уровень	(разработано несколько форм абстрактного
	представлений)	синтаксиса данных для их использования совместно
		с синтаксисом передачи (конкретным синтаксисом)
		прикладными элементами)
		Формирование данных (коды, алфавит, графика)
5	Сеансовый	Обеспечение прикладных процессов управлением,
		диалогом, их синхронизация

Глава 2. Стандартизация (нормализация) в телеинформатике			3 3
		Окончание табл. 2.2
4	Транспортный	Сквозной обмен данными между системами
		(«из конца в конец» через коммуникационную
		систему)
		Управление соединением, ошибками, фрагментация,
		управление потоком, сетевой сервис одного из трех
		типов (À, Â, Ñ) и 5 классов служб (0, 1, 2, 3, 4)
3	Сетевой	Сетевая маршрутизация, адресация, установление
		и освобождение вызовов
		Обнаружение ошибок в физических средствах
		соединения
		Сегментирование и объединение блоков данных
2	Канальный	Управление каналами — кадрирование, прозрачность
		данных
		Управление ошибками в каналах — проверка четнос-
		òè èëè ñóìì
1	Физический	Обеспечение физического и механического интерфей-
		ñîâ ñåòè
		Битовые протоколы модуляции и линейного
		кодирования

Из таблицы следует, что функцией транспортного уровня является обеспечение сеансового уровня надежным средством транспортировки сообщений, не зависящим от качества обслуживания, поставляемого низлежащей сетью. Для приспособления к сетям различных типов пользователи обеспечиваются пятью классами служб [19]:

0 — простой, используемый обычно в высококачественных сетях, таких как коммутируемая сеть передачи данных общего пользования (КСДОП);

1 — основной с исправлением ошибок;

2 — мультиплексирующий;

3 — мультиплексирующий с исправлением ошибок; 4 — с обнаружением и исправлением ошибок, содержит максимум функ-

ций управления и рассчитан на использование в низкокачественных сетях, например в ТФОП, глобальных и локальных сетях.

Все классы ориентированы на режим функционирования с установлением соединения, т.е. на режим, при котором устанавливается логическое транспортное соединение до выполнения какой-либо передачи данных между двумя взаимодействующими транспортными элементами. Для некоторых специальных приложений был предложен более эффективный, но менее надежный класс служб, опирающийся на режим без установления соединения. Следует отметить, что транспортный уровень не обязан обеспечивать все классы служб. Обычно класс устанавливается для конкретной среды ВОС администратором этой среды, после чего каждая система обязана реализовывать этот класс.

Три верхних уровня (от 5 до 7) являются пользователями транспортного уровня. Три нижних уровня (от 3 до 1) служат поставщиками транспортного уровня.

3 4	В.М. Винокуров. Сети связи и системы коммутации
	В табл. 2.3 сведены некоторые дополнительные данные, характеризую-
щие свойства уровней ЭМВОС.
			Таблица 2.3
	Функции уровней абонентской системы
Номер уровня	Название уровня	Единица информации	Ключевые функции
7	Прикладной	Application Protocol	Семантические аспекты
	Application	Data Unit	информации
6	Представительный	Presentation Protocol	Взаимная конверсия
	Presentation	Data Unit	различных форм синтак-
			сисов
5	Сеансовый	Session Protocol	Организация
	Session	Data Unit	и синхронизация
			диалога и регулирование
			обмена данными
4	Транспортный	Transport Protocol	Адресация пользователя
	Transport	Data Unit
3	Сетевой	Packet = NPDU	Адресация и маршрутиза-
	Network	(Network Protocol	ция систем (избирает
		Data Unit)	соединение из множества
			путей к другой системе)
2	Канальный	Frame = LPDU
	Link	(Link Protocol	Обеспечение
		Data Unit)	единственного соединения
1	Физический	Áèò = PhPDU
	Physical	(Physical Protocol
		Data Unit)

2.6.4. Стандарты ЭМВОС

ЭМВОС предназначена служить шаблоном для структуры подсистемы связи, опираясь на который могут быть определены стандарты для каждого уровня. Предполагается, что с каждым уровнем ассоциируется не единственный протокол, а набор стандартов, предписывающих уровню различные функции.

ISO и IEEE разрабатывают в основном стандарты, рассчитанные на производителей, а МСЭ (ITU-T) — стандарты для подключения оборудования к национальным и международным PTT (почта, телеграф, телефон) различных типов (рис. 2.7).

Глава 2. Стандартизация (нормализация) в телеинформатике						3 5
		ISO (MOC)			ITU-T (ÌÑÝ-Ò)
Уровень 7
Уровень 6				X.408	T50/51/61
				X.409
Уровень 5			ISO 8326/7	X.215	T62
				X.225
Уровень 4			ISO 8072/3	X.214	T70
				X.224
Уровень 3	ISO 8473/8348			X.213	T70	I.450/1
				X.25		I.462
Уровень 2	ISO 8802.2			X.212	T71	I.440
				X.222
Уровень 1	ISO	ISO	ISO	X.21	V24	I.430/1
	8802.3	8802.4	8802.5	X.21bis
		Локальные сети		КСДОП	КТСОП	ÖÑÈÎ
		LAN			(ÒÔÎÏ)	(ISDN)
Рис. 2.7 — Примеры стандартов протоколов: КСДОП — коммутируемая сеть
данных общего пользования; КТСОП — коммутируемая телефонная сеть
общего пользования; ЦСИО — цифровая сеть с интегрированным обслуживанием

2.7. Примеры использования сетевых протоколов

Приведем несколько характерных структур сетей, использующих протоколы МСЭ-Т.

Для адекватного восприятия примеров следует дать несколько пояснений относительно режимов передачи и режимов связи, принятых в сетях связи [19]. Асинхронный режим (рис. 2.8) используется главным образом, когда передаваемые данные генерируются в случайные моменты времени с неопределенной скоростью. Синхронный режим характеризуется передачей полного блока (кадра), предваряемого синхросигналом, как единого целого.

Важной характеристикой сеанса связи является режим связи. В случае, когда передача осуществляется только в одном направлении, режим называется симплексным. Полудуплексный режим характеризуется тем, что два взаимосвязанных устройства обмениваются информацией поочередно.

3 6	В.М. Винокуров. Сети связи и системы коммутации
Дуплексный режим используется для обмена данными между двумя связан-
ными устройствами одновременно в обоих направлениях.
Направление передачи
		Передаваемый элемент
Стартовый								Ñòîï-áèò(û)
	áèò
			8-битовый символ						Линия
Линия
пассивна	1	0	0	1	0	0	1	00	пассивна
èëè
ñòîï-áèòû									Время
предыдущего
символа
	Приемник						1 èëè 1,5 èëè 2 ñòîï-áèòà
	обнаруживает начало
						обеспечивают отрицательный переход
	нового символа
						в начале каждого нового символа

Рис. 2.8 — Асинхронная передача

Пример 1

Взаимодействие синхронного и асинхронного терминалов с компьютером через сеть КСДОП (PSDN — Public Switching Data Network) (рис. 2.9).

	Õ.28	Õ.3
			Õ.25
		PAD
	Асинхронный терминал		Компьютер
	Õ.25	КСДОП	Синхрон

Синхронный терминал

Рис. 2.9 — Фрагмент сети КСДОП с коммутацией пакетов

В синхронном пакетном режиме используется протокол X.25, имеющий три нижних уровня. В случае асинхронного терминала применяется устройство сборки/разборки пакетов УСРП (PAD — Packet Assembly and Disassembly). Интерфейс между старт-стопными терминалами, подсоединенными к PAD в сетях одной страны, и PAD осуществляется согласно протоколу X.28.

Пример 2

Пример почти полностью копирует предыдущий. Новым является использование протокола X.29 (процедура обмена контрольной информацией

èданными между УСРП и удаленным пакетным ООД) (рис. 2.10) [19]. Здесь ООД — оконечное оборудование данных (DTE — Data Terminal Equipment), АПД — аппаратура передачи данных (Data Circuit terminating Equipment). Для обо-значения ООД и АПД приемлемы термины соответственно терминал

èмодем. Термин модем представляет собой объединение слов «модуляция» и «демодуляция» и, следовательно, применим для аналоговых каналов. В цифровых каналах роль АПД играют устройства CSU/DSU (Channel Service Unit

Глава 2. Стандартизация (нормализация) в телеинформатике

3 7

/ Data Service Unit), ò.å. устройства обслуживания канала / данных [20]. На схеме ЦКП — центр коммутации пакетов.

X.28 X.25

Символьное	Пакетное
ÎÎÄ	ÎÎÄ

X.29

Рис. 2.10 — КСДОП с коммутацией пакетов к примеру 2

Пример 3

Цифровая синхронная СПД-КК (сеть передачи данных с коммутацией каналов) (рис. 2.11) использует в качестве интерфейса между ООД и АПД протокол X.21 [19]. В аналоговых сетях используется версия Х.21/бис.

Интерфейс X.21

ÑÏÄ-ÊÊ

Интерфейс X.21

ÎÎÄ 3 2 1 ÀÏÄ ÖÊÊ ÖÊÊ ÀÏÄ 1 2 3 ÎÎÄ

Протокол канального уровня

Протокол сетевого уровня (Протокол X.21)

Рис. 2.11 — Протокол СПД с коммутацией каналов

Особенностью сетей с коммутацией каналов является то, что в них протоколы всех уровней, за исключением первого, действуют «из конца в конец» — от пользователя к пользователю. Аббревиатура ЦКК означает на схеме центр коммутации каналов.

Пример 4

Синхронная СПД-КП (СПД с коммутацией пакетов) [19] использует протокол Х.25, являющийся совокупностью нескольких протоколов (рис. 2.12). Протокол Х.25/1 фактически представляет собой Х.21, рассмотренный в примере 3. Протоколом канального уровня является Х.25/2, который использует процедуру LAP-B (Link Access Protocol), добавленную к Х.25 в 1980 г. для наилучшей совместимости с широко применяемой процедурой HDLC (High Level Data Link Control Procedures).

Особенность сетей с коммутацией пакетов состоит в том, что используемые в них протоколы действуют «от звена к звену цепи», т.е. либо между пользователем и ЦКП, либо между двумя ЦКП.

3 8	В.М. Винокуров. Сети связи и системы коммутации

Внутрисетевые

протоколы

X.21; X.25/1

ÎÎÄ 4 3 2 1 ÀÏÄ ÖÊÏ ÖÊÏ ÀÏÄ 1 2 3 4 ÎÎÄ

X.25/2

X.25/3

Транспортный протокол

Рис. 2.12 — Протокол СПД с коммутацией пакетов

2.8. Терминология в сетях передачи данных

Терминология, принятая в СПД, чрезвычайно обширна и постоянно пополняется вследствие естественного научно-технического прогресса. Отметим лишь основные, базовые определения [1].

Сервер (Server) — объект, предоставляющий сервис другим объектам по их запросам.

Транзакция (Transaction) — короткий во времени цикл взаимодействия объектов (Entities), включающий стадии «запрос — выполнение задания — ответ».

Примитивы (Primitives) — сорт транзакций (блоков данных), осуществляющих сервис, предоставляемый объектами уровня (N−1) объектам уровня N (ðèñ 2.13).

		Пользователь	Связь равных уровней		Пользователь
		Уровень N	(Peer-to-peer)
							Уровень N
Запрос		Подтверждение		Ответ			Идентификация
(Request)			(Confirm)	(Response)				(Indicate)
	Обеспечивающий				Обеспечивающий
		услугу				услугу
		Уровень N–1				Уровень N–1

Рис. 2.13 — Примитивы

Примитивы подразделяются на примитивы запроса, индикации, ответа и подтверждения (пользователь сервиса посылает запрос на действие, постав-

Глава 2. Стандартизация (нормализация) в телеинформатике

3 9

щик сервиса выдает подтверждение). В момент получения уровнем на втором компьютере запроса на действие, запрос представляет собой примитив индикации, а выдаваемый ответ — примитив ответа.

Функциональный блок (Functional Unit) — устройство или программа, выполняющая определенную часть решаемой задачи. Реализует протокол или обеспечивает сервис. Описывается функциональный блок (ФБ) алгоритмом. Работа ФБ проверяется логическим анализатором (тестирование и диагностика). Взаимодействуют ФБ друг с другом через порты и интерфейсы.

Ïîðò (Рort) — точка доступа к устройству или программе. Порты могут быть физическими è логическими.

Физическая среда (Physical Media) — материальная субстанция, через которую осуществляется передача сигналов: эфир, металл, оптическое стекло, витая пара, плоский кабель, коаксиальный кабель и т.д.

Физические средства соединения (Physical Interconnection Facility) — совокупность физической среды, аппаратных и программных средств, обеспе- чивающих передачу сигналов между системами. ФСС могут быть активными (модем) и пассивными (кабель).

Физический канал (Physical Link) — средство передачи сигналов между системами и их компонентами. Состоит из одной или нескольких физиче- ских сред и АПД (рис. 2.14). Точки соединения сред и аппаратуры характеризуются интерфейсами (стыками). АПД является каналообразующим компонентом.

Интерфейс физического К системам

канала

ÀÏÄ ÀÏÄ

Физическая

среда Рис. 2.14 — Физический канал

Логический канал (Logical Channel) — путь, по которому данные передаются от одного порта к другому. Логические каналы обеспечивают взаимодействие объектов равных уровней (рис. 2.15).

Через логический канал, соединяющий объекты физического уровня, передаются сигналы. Через логический канал, связывающий объекты остальных уровней, направляются блоки данных. Логический канал, прокладываемый на сетевом уровне, называется виртуальным каналом. Логический канал, прокладываемый на канальном уровне, называется каналом передачи данных.

Различают три типа логических каналов: а) «точка-точка» — взаимодействие двух абонентских систем (терминалов); б) «точка-многоточка» — широковещательный режим работы; в) «многоточка» — связь терминалов друг с другом в локальной сети (рис. 2.16).

4 0	В.М. Винокуров. Сети связи и системы коммутации
	Абонентская система А	Абонентская система В
		Узлы коммутации
	Ïîðò	Ïîðò

Рис. 2.15 — Логический канал

Абонентские системы

Узел коммутации Физический канал

Логические каналы

Рис. 2.16 — Логические каналы, соединяющие прикладные процессы трех абонентских систем

Ìîñò (Bridge) — ретрансляционная система, соединяющая два канала передачи данных. Находит применение при соединении локальных сетей, в которых протоколы различаются лишь на физическом и канальном уровнях, а на остальных уровнях одинаковы. Мосты часто бывают интеллектуальными и выполняют роль фильтров, не пропускающих через себя некоторые блоки данных, адресованные некоторым абонентским системам той же сети. Мост, предназначенный для соединения частей одной системы, называется адаптером. В радиосети мост обеспечивает взаимодействие двух радиоканалов, работающих на разных частотах, и называется ретранслятором.

Концентратор (Concentrator) — устройство или функциональный блок, у которого суммарная пропускная способность входных каналов выше пропускной способности выходных каналов.

Мультиплексор (Multiplexer) — устройство или программа, связывающие группу физических каналов с одним общим каналом.

Коммутатор данных (Switch) — устройство или программа, осуществляющее выбор одного из возможных вариантов направления передачи данных. Вначале коммутаторы использовались лишь в территориальных сетях. Затем они появились и в локальных сетях (например РВХ, коммутаторы АТМ). Коммутатор локальной сети — это устройство, конструктивно выполненное в виде сетевого концентратора и действующее как высокоскоростной многопортовой мост; встроенный механизм коммутации позволяет осуществлять сегментирование локальной сети, а также выделять полосу пропускания конечным станциям в сети.