14.Протоколы, интерфейс, стек протоколов. Открытые системы. Модель взаимодействия открытых систем. Классическая модель построения инфокоммуникационных систем.

Процедуру взаимодействия этих узлов можно описать в виде набора правил взаимодействия соответствующих уровней обеих участвующих сторон. Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты одноименных уровней разных узлов (систем), называютсяпротоколами.

Модули соседних уровней одного узла также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами, которые называютсяинтерфейсом.

В практике телекоммуникационных систем и сетей встречается несколько другое определение, не противоречащее рассмотренному: под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных программных и конструкторских средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных элементов в системе или сети

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.

Стек коммуникационных протоколов.  - Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов в сети

«открытая система» это система, которая может взаимодействовать с любой другой, удовлетворяющей требованиям открытой системы. Открытой она является тогда, когда соответствует эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ВОС).

№ уровня	Наименование уровня	Функции, реализуемые уровнем
7	Прикладной	Представление или потребление информационных ресурсов. Управление прикладными программами
6	Представительный	Представление (интерпретация) смысла (значения) содержащейся в прикладных процессах информации
5	Сеансовый	Организация и проведение сеансов взаимодействия между прикладными процессами
4	Транспортный	Передача массивов информации, кодированных любым способом
3	Сетевой	Маршрутизация и коммутация информации, управление потоками данных
2	Канальный	Установление, поддержание и разъединение соединения
1	Физический	Физические, механические и функциональные характеристики каналов

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

Примерами физических каналов являются коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой канал. На этом уровне определяются характеристики физических сред (полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и т.д.) и электрических сигналов (крутизна фронтов импульсов, уровни напряжений или токов, тип кодирования, скорость передачи и т.д.).

Здесь же оговариваются механические характеристики соедине­ний (типы разъемов и назначение контактов). Функции физического уровня реализуются во всех сетевых устройствах. В частности, со стороны компьютера функции физического уровня выполняются сетевым адаптером или последовательным портом RS232. Иногда говорят, что физический уровень осуществляет организацию дискретного канала.

Уровень 2 - канальный (DataLinklayer) в качестве одной из задач осуществляет проверку доступности среды передачи. Иными словами, одной из функций этого уровня является установление соединения, поддержание и разъединение канала передачи дан¬ных. Другой задачей канального уровня является повышение верности передачи на основе обнаружения и исправления ошибок. Для этого единичные элементы группируются в кадры (frames) и обеспечивается корректность передачи каждого кадра. Функция исправления ошибок на основе повторных передач в некоторых протоколах канального уровня отсутствует. Иногда протоколы канального уровня оказываются достаточными транспортными средствами и могут допускать работу прикладного уровня без привлечения средств сетевого и транспортного уровней.

Уровень 3 - сетевой (Networklayer) предназначен для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, которые используют разные протоколы канального уровня. В данном случае под сетью понимается совокупность узлов или станций, объединенных одной из типовых топологий и использующих для передачи данных один из канальных протоколов. Доставка данных между сетями осуществляется сетевым уровнем и в том случае, когда структура межсетевых связей отличается от принятой в канальных протоколах.

Проблема выбора наилучшего пути доставки сообщений называется маршрутизацией и осуществляется маршрутизаторами. Маршрутизатор - это устройство, которое собирает сведения о топологии межсетевых соединений и на этой основе пересылает сообщения сетевого уровня в сеть назначения. Сообщения сетевого уровня называются пакетами (packets). На сетевом уровне определяются два вида протоколов. Сетевые протоколы (routedprotocols) - осуществляют продвижение пакетов через сеть. Другой вид протоколов называется протоколами маршрутизации (routingprotocols). Посредством этих протоколов в маршрутизаторах собирается информация о топологии межсетевых соединений.

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. Выбор класса сервиса этого уровня определяется как степенью надежности, обеспечиваемой протоколами более высоких, чем транспортный, уровней, так и надежностью транспортировки данных в сети на уровнях, расположенных ниже транспортного.

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. Эти средства позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке. 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. С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия в кодах символов. 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 совмест¬ную работу, например, с помощью протокола электронной почты. Прикладной уровень в качестве единицы данных использует сообщение

15.Понятие «электрический сигнал». Описание сигналов электросвязи.

 электрический сигнал - электромагнитные колебания, изменения параметров которых отображают передаваемые сообщения. Электрические сигналы имеют ряд преимуществ перед сигналами другой физической природы - они могут передаваться на большие расстояния, их форму можно преобразовывать сравнительно простыми техническими средствами, скорость их распространения близка к скорости света. Передача, излучение и прием сообщений по электромагнитным системам называется электросвязью.

Существуют различные виды электросвязи - телефония, видеотелефония, телеграфия, передача данных и др. Комплекс технических средств, обеспечивающих передачу сигналов электросвязи, называется системой электросвязи

Случайным процессом называется функция аргумента t, значения которой являются случайными величинами. Случайные процессы характеризуются n - мерными функциями распределения вероятностей, причем тем полнее, чем больше n. Однако многомерные функции распределения вероятностей практически могут быть поучены лишь в результате чрезвычайно сложной и трудоемкой обработки очень большого количества реализаций случайного процесса. Использование многомерных функций распределения для расчетов связано также с необходимостью выполнения сложных и громоздких выкладок. Вместе с тем ряд практически важных задач можно решить, зная более простые, хотя и менее полные, характеристики случайного процесса - числовые характеристики или средние значения (математические ожидания).

Сигналы, как и сообщения, могут быть непрерывными и дискретными. Информационный параметр непрерывного сигнала с течением времени может принимать любые мгновенные значения в определенных пределах. Непрерывный сигнал часто называют аналоговым. Дискретный сигнал характеризуется конечным числом значений информационного параметра. Часто этот параметр принимает всего два значения.

Аналоговым сигналом в системах передачи называется непрерывный электрический или оптический сигналы F_н(t), параметры которого (амплитуда, частота или фаза) изменяются по закону непрерывной функции времени источника информации, например, речевого сообщения, подвижного или неподвижного изображения и т. д. Непрерывные сигналы могут принимать любые значения (бесконечное множество) в некоторых пределах.

Дискретные сигналы - состоят из отдельных элементов, принимающих конечное число различных значений. Аналоговые дискретные сигналы F_д(t) можно получить из непрерывных F_н(t), используя дискретизацию по времени (через интервал Т_д), квантование по амплитуде, или их одновременно.

Цифровой сигнал F_ц(t) формируется в виде группы импульсов в двоичной системе счисления, соответствующих амплитуде квантованного по уровню и дискретного по времени аналогового сигнала, при этом наличие электрического импульса соответствует "1" в двоичной системе счисления, а отсутствие - "0". Основным преимуществом цифровых сигналов является высокая помехозащищенность, так как при наличии шумов и искажений при их передаче достаточно зарегистрировать на приеме наличие или отсутствие импульсов.

16

Общее определение уровней передачи

В технике связи наряду с абсолютными единицами измерения параметров электрических сигналов (мощность, напряжение и ток) широко используются относительные единицы.

Уровнем передачи сигнала в некоторой точке канала или тракта называют логарифмическое преобразование отношения энергетического параметра S (мощности, напряжения или тока) к отсчетному значению этого же параметра.

Правило преобразования определяется формулой:

  где m – масштабный коэффициент; a – основание логарифма.

Уровни передачи измеряются в децибелах, если справедливы соотношения:     

Уровни передачи, вычисленные посредством десятичных логарифмов, называются децибелами (дБ), а посредством натуральных –неперами (Неп). В настоящее время принято пользоваться децибелами.

Уровень передачи называется абсолютным, если P₀=1 мВт. Если теперь задать R₀, то при заданных значениях мощности и сопротивления легко получить соответствующие величины напряжения U₀ и тока I₀: 

Уровни передачи по мощности напряжению и току определяются соответственно по формулам:

Р_м=10lg(Р_х/Р₀),    Р_н=20lg( U_х /U₀),   Р_I =20lg(I _х /I ₀), где Р_х, U_х, I_х – величины мощности, напряжения и тока в рассматриваемой точке x;Р₀, U₀, I₀ – величины принятые за исходные.

При R₀= 600 Ом в практических расчетах принимают округленные значения: для U₀= 0,775 В, а для I₀= 1,29 мА, соответственно Р0 = 1 мВт (мВ·А), то вычисленные уровни называют абсолютными и обозначают дБм, дБн, дБт (децибел по мощности, по напряжению, по току).

При подаче на вход исправного и отрегулированного тракта синусоидального сигнала с абсолютным уровнем и частотой, рекомендованными для измерения этого тракта, в точках тракта устанавливаются абсолютные уровни, которые называются измерительными.Измерительные уровни содержатся в техническом паспорте тракта и удобны при его проверке и настройке.

Иногда в качестве исходных величин принимают значения Р_н, U_н, I_н, установленные в начале тракта или в точке, принятой условно за начало. Тогда вычисленные уровни

Р_М0 = 10lg(Р_х/Р_н),   Р_Н0 = 20lg(U_х/U_н),   Р_I0 = 20lg(I _х/I _н),                  (3.6)

называют относительными и обозначают дБом, дБон и дБот (децибел относительно мощности, напряжения, тока). Эти уровни широко используют при измерениях передаточных характеристик трактов, поскольку их значения оказываются численно равными усилению по мощности, напряжению или току участка тракта от начала до данной точки. Очевидно, что отрицательные значения уровней при этом будут соответствовать не усилению, а затуханию данного участка.

При нормировании величин сигналов и помех в каналах и трактах используется понятие точки нулевого относительного уровня по мощности (ТНОУ). Абсолютный уровень Р_м0, определенный в ТНОУ, обозначается как дБм0. Для перехода от уровня сигнала в ТОНУ к уровню по мощности Р_м в данной точке тракта пользуются соотношением

Р_м = Р_м0 + Р_мизм, где Р_м изм – измерительный уровень по мощности в данной точке тракта.

Измерительные уровни служат для определения уровней передачи с помощью измерительных приборов, называемых указателями уровня.

В качестве испытательного при измерении уровней передачи чаще всего применяют одночастотный синусоидальный сигнал, частота которого также должна быть известна, а начальная фаза, как правило, не фиксируется.

Если по значению параметров подключенный генератор испытательного сигнала обладает свойством нормального, т.е. его внутреннее сопротивление равно 600 Ом, развиваемая ЭДС равна 1,55 В, то измеренный на сопротивлении R_Н уровень называется измерительным.

Системы электросвязи могут передавать следующие первичные сигналы: телефонирования, звукового вещания, телеграфирования и ПД, факсимильного и телевизионного вещания  [2, 3, 4, 5, 6, 19]..