Структура Взаимоувязанной сети связи

Взаимоувязанная сеть связи (ВСС) - это совокупность технически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, ведомственных и других сетей электросвязи на территории России независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности, обеспеченная общим централизованным управлением.

Основными требованиями к ВСС являются надежность и экономичность.

О пределенные технические средства ВСС участвуют в процессе передачи не зависимо от вида передаваемых сообщений. Совокупность этих элементов образует первичную сеть(ПС) ВСС. Принцип построения первичной сети ВСС показан на Рис. 4.5. В состав ПС входят сетевые узлы, сетевые станции и линии передачи.

Рис. 4.5. Принцип построения первичной сети ВСС

Структура ПС учитывает административное деление страны. Территория страны поделена на зоны. Признак зоны - единая 7-значная нумерация. Как правило зоны совпадают с территориями областей. В соответствии с этим делением ПС состоит из отдельных частей:

• местные ПС (МСП) - ограничены территорией города или сельского района;

• внутризоновые ПС (ВЗПС) - охватывает территорию зоны и обеспечивает соединение местных сетей внутри зоны;

• магистральная ПС (СМП) - соединяет зоновые сети.

Каждая сеть связи, входящая в ВСС, помимо технических средств первичной сети использует устройства, присущие этой сети. Вторичная сеть (ВС) ВСС - совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сообщений определенного вида.

В состав ВС входят: оконечные абонентские устройства, абонентские линии (АЛ), коммутационные устройства и каналы, выделенные из ПС для организации данной ВС.

Классификация и взаимодействие вторичных сетей с первичной

П ринцип временного разделения каналов

Многоканальные системы с ВРК широко используются для передачи аналоговой и дискретной информации.

Принцип временного объединения каналов удобно пояснить с помощью синхронно вращающихся распределителей на передающей и приемной стороне (рис. 8.9).

Основные этапы образования группового сигнала   показаны на рис.8.10.

И нформация от   источников аналоговых сигналов поступает на входы соответствующих индивидуальных импульсных модуляторов АИМ (ШИМ, ФИМ). Формируемые отсчеты сигналов   на выходе первого импульсного модулятора ( ) (рис. 8.10,в),   на выходе второго импульсного модулятора ( ) (рис. 8.10,г) берутся через одинаковый интервал  , но с таким сдвигом   во времени, чтобы они не перекрывались.

Затем передающий распределитель считывает импульсы от всех источников, формируя сигнал  (рис. 8.10,д), спектр которого с помощью группового модулятора (ГМ) переносится в область частот, отведенных для данной линии связи. Групповой сигнал  , передаваемый по линии связи, несет информацию как от первого, так и о второго источника одновременно. На приемной стороне с выхода группового демодулятора (ГД) импульсы группового сигнала   поступают на вращающиеся контакты приемного распределителя для формирования канальных последовательностей  ,   и т.д. из которых на выходе импульсных детекторов формируются непрерывные сигналы поступающие к получателям сообщений [5, 6, 20, 21, 39].

Следует подчеркнуть, что рис. 8.9 служит лишь для иллюстрации идеи временного уплотнения и не отражает современных технических методов коммутации. В действительности аппаратура временного уплотнения обходится без механических распределителей, которые заменены электронными распределителями, выполняющими те же функции (рис. 8.11).

Рис.8.11. Схема многоканальной связи с ВРК.

Выходы всех импульсных модуляторов подключены к «своим» электронным ключам, работой которых управляет распределитель коммутирующих импульсов. В свою очередь, распределитель запускается от генератора тактовых импульсов.

Временное разделение сигналов осуществляется устройством, упрощенная структурная схема которого представлена на рис. 8.11. Принятый групповой радиосигнал в групповом демодуляторе преобразуется в групповую импульсную видеопоследовательность и поступает одновременно на входы выделителя синхросигнала и канальные электронные коммутаторы.

Процесс временного разделения производится в два этапа. На первом – этапе вхождения системы в синхронизм происходят поиск, обнаружение и выделение сигналов синхронизации, после чего запускается распределитель канальных коммутирующих импульсов. Распределитель формирует на своих выходах импульсы требуемой длительности и такой очередности, при которой в каждый канальный интервал открывается лишь один электронный коммутатор соответствующего канала.

На втором этапе производится демодуляция каждого канального импульса, после чего сигналы принимаемых каналов подаются к получателям аналоговой информации.

При временном разделении каналов важнейшую роль играет система синхронизации, алгоритм работы которой каждый раз выбирается индивидуально для принятого способа импульсной модуляции, способа временного объединения каналов, структуры сигналов синхронизации и т.д.

Принципы построения систем коммутаций

Характер маршрута (Route selection)

Маршрут может быть динамическим (dynamic route selection), и изме-няться в зависимости от текущего состояния интерсети, или статическим (static route selection), не изменяющимся.

Динамическая маршрутизация

Динамическая (или адаптивная) маршрутизация использует маршрут, выявленный с помощью одного из описанных выше алгоритмов. Выбор мар-шрута осуществляется на основании анализа таблиц маршрутизации, размещен-ных во всех маршрутизаторах и конечных узлах. В таблицы маршрутизации при динамической маршрутизации обычно добавляется информация об интервале времени, в течение которого данный маршрут будет оставаться действитель-ным. Это время называют временем жизни (Time To Live, TTL).

При использовании динамической маршрутизации разные пакеты могут проходить по разным маршрутам, в зависимости от текущего состояния сети. Работа по указанию маршрута для пакета производится на каждом маршрутиза-торе, и каждый маршрутизатор несет ответственность только за один хоп.

Динамический маршрут должен отвечать нескольким требованиям.

1. Он должен обеспечивать рациональность маршрута.

2. Алгоритмы выявления динамического маршрута должны быть доста-точно простыми, чтобы не требовать большого объема вычислений или порож-дать интенсивный трафик.

3. Алгоритмы должны обладать свойством сходимости, то есть всегда приводить к однозначному результату за приемлемое время.

Статический маршрут

При статической (или фиксированной) маршрутизации все записи в таб-лице маршрутизации являются статическими. Администратор сети сам решает, на какие маршрутизаторы надо передавать пакеты с теми или иными адресами, и вручную заносит соответствующие записи в таблицу маршрутизации.

Статическая маршрутизация приемлема только в небольших сетях с про-стой топологией. Однако она может быть также использована и для работы на магистралях крупных сетей, так как сама магистраль может иметь простую структуру с очевидными наилучшими путями следования пакетов в подсети, подсоединенные к магистрали.

Мы изучили сетевую адресацию, маршрутизацию и коммутацию. Сейчас мы переходим к изучению обслуживания соединений на сетевом уровне.

Коммутация пакетов (Packet Switching)

Коммутация пакетов – это техника коммутации абонентов, которая была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Проблема коммутации каналов заключалось в том что они не могли эффективно работать с трафиком пульсирующего характера, который обычно генерируют сетевые службы. Например, при обращении к удаленному файловому серверу пользователь сначала просматривает содержимое каталога этого сервера, что порождает передачу небольшого объема данных. Затем он открывает требуе-мый файл в текстовом редакторе, и эта операция может создать достаточно ин-тенсивный обмен данными, особенно если файл содержит объемные графиче-ские включения. После отображения нескольких страниц файла пользователь некоторое время работает с ними локально, что вообще не требует передачи данных по сети, а затем возвращает модифицированные копии страниц на сер-вер – и это снова порождает интенсивную передачу данных по сети.

При коммутации пактов сообщение разбивается в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Сообщением называется логически завершенная порция данных – запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл и т.п. Если сообщения могут иметь произ-вольную длину – от нескольких байт до многих мегабайт, то пакеты могут так-же иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. При передаче пакеты могут храниться в оперативной памяти транзитных узлов, что уменьшает время передачи.

Существует два вида коммутации пакетов: дейтаграммная коммутация пакетов (datagram packet switching) и коммутация пакетов с помощью вирту-ального канала (virtual circuit packet switching).

При дейтаграммной коммутации пакетов каждый пакет считается не-зависимым информационным блоком и содержит полную адресную информа-цию. В зависимости от загрузки каналов каждый пакет может идти по своему маршруту, поэтому время доставки каждого пакета может быть различно. Во избежание путаницы у всех пакетов существует порядковый номер, и при прие-ме пакеты выстраиваются в соответствие их номеру.

Другой режим коммутации пакетов – передача пакетов по виртуально-му каналу. Перед тем, как начать передачу данных между двумя конечными узлами должен быть установлен виртуальный канал, который представляет со-бой единственный маршрут, соединяющий эти конечные узлы. Виртуальный канал может быть динамическим или постоянным. Динамический виртуальный канал устанавливается при передаче в сеть специального пакета – запроса на установление соединения. Этот пакет проходит через узлы и «прокладывает» виртуальный канал. Это означает, что узлы запоминают маршрут для данного соединения и при поступлении последующих пакетов данного соединения от-правляют их всегда по проложенному маршруту. Постоянные виртуальные ка-налы создаются администраторами сети путем ручной настройки узлов. При пе-редаче пакетов по виртуальному каналу как правило используется обслужива-ние соединений с установлением связи. (Обслуживание соединений на сетевом уровне будет рассмотрено далее).

При отказе коммутатора или канал на пути виртуального канала соеди-нение разрывается, и виртуальный канал нужно прокладывать заново. При этом он обойдет отказавшие участки сети.

Рассмотрим недостатки и преимущества дейтаграммной коммутации па-кетов и коммутации виртуального канала.

Каждый режим передачи пакетов имеет свои преимущества и недостат-ки. Дейтаграммный метод не требует предварительного установления соедине-ния и поэтому работает без задержки перед передачей данных. Это особенно выгодно для передачи небольшого объема данных, когда время установления соединения может быть соизмеримым со временем передачи данных. Кроме то-го, дейтаграммный метод быстрее адаптируется к изменениям в сети.

При использовании метода виртуальных каналов время, затраченное на установление виртуального канала, компенсируется последующей быстрой пе-редачей всего потока пакетов. Узлы распознают принадлежность пакета к вир-туальному каналу по специальной метке – номеру виртуального канала, а не анализирует адреса конечных узлов, как это делается при дейтаграммном мето-де.

В таблице приведены основные преимущества и недостатки коммутации сообщений

Преимущества Недостатки

Стоимость меньше, так как не требу-ется хранение больших объемов дан-ных Использующие пакетную коммутацию протоколы обычно являются более сложными, что увеличивает сложность эксплуатации

Малые задержки при передаче инфор-мации Пакеты чаще теряются, что требует их повторной пересылки

Пакеты могут быть маршрутизирова-ны минуя сбойные узлы. Данный способ является оптимальным способом использования пропускной способности сети

Разберем работу клиента с файловым сервером.

Предположим, приложение обращается с запросом к прикладному уровню OSI, например к файловой службе. На основании этого программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата. Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных. Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню машины-адресата, чтобы сообщить ему, какую работу надо выполнить. В нашем случае в заголовке должна быть информация о месте нахождения файла и о типе операции, которую необходимо над ним выполнить. Поле данных сообщения может быть пустым или содержать какие-либо данные, например те, которые необходимо записать в удаленный файл. Для того чтобы доставить информацию по назначению, предстоит решить еще много задач, ответственность за которые несут нижележащие уровни.

После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку представительному уровню. Протокол представительного уровня на основании информации, полученной из заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет к сообщению собственную служебную информацию – заголовок представительного уровня, в котором содержатся указания для протокола представительного уровня машины-адресата. Полученное в результате сообщение передается вниз сеансовому уровню, который в свою очередь добавляет свой заголовок и т.д. (Некоторые реализации протоколов помещают служебную информацию не только в начале сообщения в виде заголовка, но и в конце, в виде так называемого «концевика».) Наконец, сообщение достигает нижнего, физического уровня, который собственно и передает его по линиям связи машине-адресату. К этому времени сообщение «обрастает» заголовками всех уровней.

Когда сообщение по сети поступает на машину-адресат, оно принимается ее физическим уровнем и последовательно перемещается вверх с уровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, а затем удаляет этот заголовок и передает сообщение вышележащему уровню.

На каждом уровне OSI единица данных называется пакетом, но на некоторых уровнях используются и другие названия: биты, кадры, дейтаграммы, сегменты, сообщения.

В модели OSI различают два основных типа протоколов. В протоколах с установлением соединения (connection-oriented) перед обменом данными отправитель и получатель сначала устанавливают соединение и оговаривают некоторые параметры протоколов. После завершения диалога они разрывают соединение. Телефон – пример взаимодействия, основанного на установлении соединения.

Вторая группа протоколов – без предварительного установления соединения (connectionless) также называемым дейтаграммным (datagram). Отправитель просто передает сообщение когда оно готово. Опускание письма в почтовый ящик – это пример связи без предварительного установления соединения.

Три первых уровня – физический, канальный и сетевой – являются сетезависимыми, так как протоколы этих уровней тесно связаны с технической реализацией сети и используемым телекоммуникационным оборудованием. Замена оборудования в сети часто влечет замену протоколов канального и физического уровня.

Три верхних уровня – прикладной, представительный и сеансовый – ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют какие-либо изменения в топологии сети или замена оборудования.

Транспортный уровень является промежуточным, он скрывает все детали функционирования нижних уровней от верхних. Это позволяет разрабатывать приложения, не зависящие от технических особенностей сети.

Соответственно любое сетевое оборудование работает на трех нижних уровнях OSI. Повторители, разъемы и модемы – физический. Мосты, коммутаторы, сетевые адаптеры – канальный. Маршрутизатор – сетевой. Исключением являются шлюзы, которые представляют собой аппаратно-программный комплекс. Шлюзы, работающие на верхних уровнях, являются программами и не используют какое-либо оборудование.