Режимы переноса информации по сети

Классификация сетей телекоммуникаций

По мере развития телекоммуникационных систем, стало возможным соединять абонентов не только в переделах ограниченных административно-территориальных образований: район; город; область; республика, но и в глобальном – международном масштабе. Ярким примером тому является глобальная сеть Internet – всемирная «паутина».

Все местные (городские, сельские) и региональные (областные, республиканские) системы связи на территории бывшего СССР были объединены в Единую Автоматизированную Сеть Связи (ЕАСС).

В настоящее время она в основных чертах сохранилась и получила название «Взаимосвязанная система связи» (ВСС), в рамках которой действуют единые требования к применяемым линиям связи, оборудованию на узлах и станциях, коммутирующим устройствам и т.п. Осуществляется курс на модернизацию систем и сетей связи. Разработаны требования к параметрам сигналов от различных источников и разнородного оборудования, выполнение которых постоянно контролируется.

Одной из важнейших задач создания взаимосвязанных систем связи является стыковка различного оборудования, линий передачи, переход на междугородние и международные линии. Это трудоёмкая и достаточно затратная сфера деятельности по обеспечению связи.

Сети ВСС строятся по территориальному признаку.

Различают низовые сети, к которым относятся:

- местные;

- городские;

- районные;

- сельские.

Местные сети объединяют (связывают) внутризоновые сети, соединяя райцентры и города в пределах области.

Внутризоновая сеть, как правило, размещается на территории, совпадающей с административно-территориальным делением по областям и краям. В пределах этой сети все телефонные абоненты имеют одинаковое количество цифр в наборе номера. Структура внутризоновой сети обычно радиальная. Например, областной центр радиально (от центра к узлу на периферии) соединяется с другими телефонными узлами на данной территории.

Магистральная сеть соединяет между собой все областные и краевые центры, объединяя внутризоновые сети в единую ВСС.

Для коммутации сообщений в необходимых местах сети строятся сетевые станции (СС), которые обычно размещаются на концах линии передачи или на местах сквозного транзита.

На местах, где требуется обеспечивать коммуникацию на много направлений размещаются сетевые узлы (СУ).

Магистральная, внутризоновые и местные сети совместно с сетевыми узлами и линиями связи образует «первичную сеть».

Для обеспечения передачи по первичной сети ВСС сигналов различных видов: телефонных, телеграфных, факсимильных, цифровых, телевизионного и звукового вещания, а также для автоматического управления процессами коммутации сигналов по тем или иным маршрутам, потребовалось дополнительное оборудование и дополнительные связи между различным станционным оборудованием.

На базе первичных сетей были созданы вторичные сети, позволяющие более гибко организовывать различные пути передачи сигналов.

Вторичная сеть позволяет организовать на базе первичной сети кроме телефонной связи и другие виды связи, например телеграфную, передачу данных, факсимильную, передачу телевизионных программ, звуковое вещание и т.п.

Вторичная сеть ТК должна иметь коммутационные узлы, обеспечивающие вместе с трактом передачу, прием и распределение информации между отдельными абонентами или локальными сетями.

Вторичные сети можно классифицировать следующим образом:

по принадлежности вторичные сети делятся на:

- сети общегосударственные и сети министерств, ведомств, крупных предприятий и объединений;

по виду передаваемой информации:

- аналоговые и дискретные (цифровые);

по способу коммутации (соединения):

- долговременная (кроссовая коммутация), которая осуществляется на время большее, чем передача одного сообщения;

- оперативная коммутация, которая осуществляется на время передачи одного сообщения.

Имеются коммутируемые и некоммутируемые сети. В некоммутируемых сетях каналы закреплены за абонентами постоянно или на время передачи информации. Эти сети имеют ветвистую структуру.

В настоящее время к некоммутируемым сетям относятся:

- сети передачи газетных полос,

- телевидения,

- технологической связи,

- высокоскоростные сети передачи данных между вычислительными центрами (ВЦ).

Задача вторичной коммутируемой сети - предоставить любому пользователю сети получение соединения и проведение обмена информацией.

Задача некоммутируемой вторичной сети - передать информацию от общего источника к большой группе потребителей.

Коммутируемые и некоммутируемые сети отличаются структурой:

- коммутируемая сеть – это сеть неориентированная, ее каналы являются общими для всех или для группы абонентских пунктов, включенных в узел;

- некоммутируемая сеть – это сеть ориентированная, в которой каналы закреплены за пользователями и являются преимущественно каналами одностороннего действия (кроме сетей связи между ЭВМ).

Способ коммутации называется коммутацией каналов (КК), если в процессе передачи информация не может быть задержанной и между приемником и источником организован прямой канал, который коммутируется на время передачи.

Каналы в сети с КК должны быть однородны по ширине передаваемого спектра.

Основное требование к вторичным коммутируемым сетям - обеспечить передачу информации по заданному адресу с заданным качеством обслуживания при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах. На сетях с КК снижение качества обслуживания оценивается потерями времени на исправление ошибок (повторная передача и пр.) или временем ожидания при занятости канала.

Способ коммутации называется коммутацией сообщений (КС), если в процессе передачи информация может быть задержана на одном из транспортных узлов, а затем передаваться по мере освобождения каналов в данном направлении

На сетях с КС качество обслуживание оценивается временем ожидания.

Примером сети с коммутацией каналов может служить телефонная сеть.

Примером сети с коммутацией сообщений может служить сеть передачи данных.

Вторичные сети не всегда являются независимыми друг от друга. В ряде случаев отдельные вторичные сети могут сливаться на базе общих каналов первичной сети и коммутационных устройств этих вторичных сетей. Например, телеграфная сеть общего пользования и сеть абонентского телеграфирования (АТ) могут иметь общие каналы и коммутационные устройства. Однако, поступление информационных потоков из одной сети в другую не допускаются.

В будущем количество таких "пересекающихся" вторичных сетей будет возрастать за счет усложнения коммутационных устройств, которые одновременно смогут выполнять функции обслуживания нескольких сетей с разными характеристиками информационных потоков, отличающихся по скорости передачи, характеру распределения и пр.

Слияние вторичных сетей станет возможным, когда появится интегрированная цифровая сеть связи (ИЦСС) в которых как передача, так и распределение информации будут осуществляться в единой цифровой форме.

Поскольку при создании сетей связи используется обширная номенклатура различного оборудования, в том числе однотипного, но изготовленного разными производителями, то необходимо обеспечить их совместимость, выполнив определённые требования к входным и выходным параметрам сигналов, интерфейсам, протоколам взаимодействия и пр.

В частности, нормируются уровни входных и выходных сигналов, ширина их спектров, входных и выходные сопротивлений, длины различных участков линий передач, вероятность допустимых ошибок и т.п. Нормативные величины параметров устанавливаются в качестве рекомендательных специальными международными организациями, например, МККТТ - Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии, и МККРТ - Международный консультативный комитет по радиовещанию и телевидению.

В настоящее время функции транспорта больших потоков данных выполняют цифровые сети передачи данных.

Цифровая транспортная сеть связи – часть сети электросвязи, обладающая большой емкостью, выполняет функции переноса (транспортирования) потоков сообщений от их источников из одной сети доступа к получателям сообщений другой сети доступа путем распределения этих потоков между сетями доступа. Транспортные сети составляют основу сетей операторов связи и представляют собой надежные и производительные оптические магистрали, пропускная способность которых достигает в настоящее время сотен гигабит в секунду.

Транспортные сети, способные обеспечивать надежную и качественную доставку информационного сигнала, объединяющего информационные потоки от различных источников и служб, играют ключевую роль в современных телекоммуникациях.

Современная транспортная сеть связи должна:

- предоставлять широкополосные транспортные ресурсы и обеспечивать их эффективное использование с применением современных технологий пакетной коммутации;

- выполнять функции интеллектуальных сетей;

- базироваться на технологии широкополосного доступа.

Использование технологий на транспортной сети связи определяется средой распространения сигналов, экономическими и потребительскими факторами.

Цифровая транспортная сеть связи, как правило, имеет высокие технико-экономические показатели. Достижение таких показателей сети (пропускной способности, надежности, достоверности передаваемой информации, экономичности, эксплуатационной пригодности, способности передавать разнородные виды информации) возможно при использовании современных цифровых телекоммуникационных технологий на основе волоконно-оптических линий связи.

Транспортная сеть предоставляет своим абонентам транспортные услуги по передаче различного трафика между удаленными потребителями. Основная задача транспортной сети – передача данных с требуемой скоростью, степенью надежности и уровнем финансовых затрат. Транспортная сеть является рациональным решением для уменьшения стоимости создания и эксплуатации отдельных протяженных сетей благодаря их консолидации в единую среду.

Комитет по телекоммуникациям Международного союза электросвязи - МСЭ-Т определяет понятие «транспортирование», как функциональный процесс переноса информации между разнесенными пунктами, а понятие «передача» - как физический процесс распространения информационных сигналов в физической среде.

Транспортная сеть - это совокупность всех ресурсов, выполняющих функции транспортирования. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления.

В задаче обеспечения пользователей сетей сервисами современных поставщиков услуг важную роль играют сети доступа к транспортным сетям электросвязи, глобальным и кампусным компьютерным сетям.

Под сетью доступа понимается системно-сетевая инфраструктура, состоящая из терминалов абонентских линий, узлов доступа и систем передачи, обеспечивающих подключение пользователей к точке «доступа» - узлу сети, где осуществляется агрегация трафика в высокосортной поток передающийся в транспортную сеть.

Развитие сетей доступа – задача важная и дорогостоящая. Рост покупательной способности населения Республики Беларусь, рост интереса к сети Интернет, IP-приложениям, мультимедийным услугам обуславливает развитие сети доступа в направлении повышения скорости передачи, мобильности, надежности и качества связи.

Для организации доступа могут использоваться различные среды передачи. Это может быть медная пара, коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель, радиоканал, спутниковые каналы, либо любая их комбинация.

Сеть доступа стационарной электросвязи строится главным образом на инфраструктуре медных кабелей и/или комбинации медных, волоконно-оптических или коаксиальных кабелей. В некоторых случаях также может использоваться радиоканал.

В настоящее время поставщики оборудования предлагают на рынке ряд решений, в сфере построения сетей доступа, например, волоконно-оптический кабель уплотняется цифровыми системами передачи семейства SDH. Данное решение можно назвать классическим. В результате создается привычная транспортная сеть. Для организации служб телефонной связи этого достаточно, однако для поддержки передачи новых мультисервисных услуг необходимо использовать более высокоскоростные интерфейсы. Сегодня производителями оборудования предлагаются встроенные в SDH интерфейсы Ethernet.

Для оказания всех видов услуг с гарантированными качественными показателями используется технология ATM – технология асинхронного режима переноса информации. IP-пакеты передаются по сети, которую образует технология ATM. Такая комбинация технологий позволяет оказывать практически все виды услуг с требуемым уровнем качества обслуживания, однако стоимость реализации подобной сети доступа является очень высокой.

При построении сети доступа на базе стандарта Ethernet (стандарты IEEE серии 802.3) все виды трафика передаются только в форме IP-пакетов.

Такое решение не содержит дополнительного оборудования SDH или ATM и на сегодняшний день это одно из самых простых, экономичных и, как следствие, перспективных направлений реализации сети доступа.

В настоящее время многие ведущие организации в области создания и эксплуатации сетей доступа на основе рекомендаций МСЭ-Т G.983 разрабатывают руководящие документы в которых, в частности, даны определения оптических сетей доступа (ОСД), их топологии (архитектуры), параметры, состав оборудования. Согласно этому документу, ОСД представляет собой гибридную архитектуру, в которой цифровые оптические потоки от оптических линейных окончаний (ОЛО) по оптоволоконным кабелям (OK) поступает на оптические сетевые блоки (ОСБ) высокоскоростных опорных сетей.

Информационные цифровые потоки передаются в форматах плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ) с уровнями Е1...Е4 и синхронной цифровой иерархии (СЦИ) – СТМ-1 или СТМ-4 (622 Мбит/с). При этом исходящие потоки передаются со скоростью 155,52 или 622 Мбит/с, входящие – 155,52 Мбит/с. От ОСБ демультиплексированные до более низких уровней информационные потоки через сетевые окончания (СО) по металлическим или ОК поступают к абонентам.

Со времени разработки указанного документа в 1997 г. оптические сети, в том числе ОСД, получили дальнейшее развитие, существенно расширившее установившиеся ранее понятия. В настоящее время передача данных по каналам со скоростью 10 Мбит/с давно устарела и сегодня все более прочные позиции завоевывает новый стандарт Ethernet – 100 Гбит/с IEEE 802,3 ае. Этот протокол предполагает резкое повышение качества предоставляемых услуг связи, обеспечивая при этом низкую стоимость.

На сетях общего пользования успешно внедряется гигабитный Интернет, IP-телефония, расширяется пропускная способность сетей e-mail, многоканального цифрового интерактивного телевидения.

Современные ОСД доступа разделяются на два сегмента:

- ОСД общего пользования;

- корпоративные ОСД.

Последние развиваются более интенсивно, поскольку располагают большими финансовыми возможностями.

В мире наметилась тенденция перехода к оптическим сетям доступа, что обусловлено потребностью в увеличении полосы пропускания для предоставления абонентам мультисервисных услуг.

Технические средства доступа, основанные на беспроводных технологиях, рекомендуется применять для большинства отдаленных пунктов. В качестве технологий беспроводного доступа в данном случае могут быть использованы такие известные на сегодняшний день технологии, как WiFi (IEEE 802.11), WiMax (IEEE 802.16).

Спутниковый радиодоступ теоретически также возможен Однако, ввиду его возрастающей неконкурентоспособности данная технология если и найдет применение на территории Республики Беларусь, то крайне ограниченное.

Сеть подвижной электросвязи можно также рассматривать как один из возможных вариантов сети доступа. Для увеличения пропускной способности сетей подвижной электросвязи могут использоваться перспективные технологии такие как: GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA (для сетей сотовой подвижной электросвязи стандарта GSM) EV-DO (для сетей сотовой подвижной электросвязи стандарта CDMA).

Высокая пропускная способность в сети доступа может быть обеспечена за счет прокладки волоконно-оптического кабеля или установкой систем широкополосного оборудования, использующего одну из беспроводных технологий.

Простейшим видом физической связи абонентов, в том числе и пользователей компьютеров, является соединение двух устройств физическим каналом типа «точка-точка» (point-to-point). При создании локальных вычислительных сетей LAN (Local Area Network) разработчикам пришлось решать множество самых разных задач, связанных с выбором конфигурации физических и логических связей, разработкой систем адресации устройств, созданием различных способов коммутации, мультиплексирования и демультиплексирования потоков данных, совместным использованием среды передачи, кодированием и синхронизацией электрических и оптических сигналов.

Среди множества возможных подходов к решению задачи переноса информации по сети и коммутации абонентов выделяют два основополагающих подхода:

1. Коммутация каналов без мультиплексирования и с мультиплексированием;

2. Коммутация пакетов.

В зависимости от выбранного метода коммутации сети с коммутацией пакетов делятся на следующие виды:

1. Дейтаграммные сети без установления логических соединений;

2. Сети пакетной передачи с установлением логических соединений.

Последние, в свою очередь, делятся на:

а. Сети без фиксации маршрутов;

б. Сети с установлением виртуальных каналов.

Наиболее эффективно пользовательский трафик передается сетью с коммутацией каналов, но только в том случае, когда скорость передачи в течение всего сеанса связи постоянна и соответствует пропускной способности физических линий связи.

В отличие от коммутации каналов в сетях с коммутацией пакетов последние (в виде блоков данных, снабженных адресами отправителя и получателя) поступают в сеть без предварительного резервирования линий связи и со скоростью не определенной (не установленной) заранее.

Пропускная способность канала сети с коммутацией пакетов может динамически перераспределяться между информационными потоками в зависимости от текущих потребностей каждого потока, чего не может обеспечить техника коммутации каналов. Динамическое перераспределение потоков данных обеспечивается за счет внутренней буферной памяти пакетных коммутаторов. Выходы коммутаторов в среднем при пакетной передаче оказываются загружены равномерно.

В зависимости от выбранного маршрута передачи данных (пакета) их продвижение по сети определяется локальными операциями коммутации на каждом транзитном узле. Для осуществления передачи данных источник (узел сети), должен поместить их на тот свой интерфейс, с которого начинается заданный маршрут, а все остальные транзитные узлы должны, в соответствии с записями в своих таблицах коммутации, осуществить передачу принятых данных со входного интерфейса на соответствующий выходной, т.е. выполнить коммутацию интерфейсов.

Эту операцию на транзитных узлах сети выполняют коммутаторы. Они распознают сетевой признак потока (адрес или особую метку) и в соответствии с таблицей коммутации отправляют данные на интерфейс, определенный для них маршрутом. Для определения интерфейса, на который необходимо передать поступившие данные, коммутатор должен распознать поток данных, чтобы искать в таблице коммутации направление его передачи. Если поступивший поток агрегированный (состоящий из нескольких потоков), то его предварительно следует демультиплексировать.

Как правило, операция коммутации сопровождается необходимостью агрегирования нескольких потоков перед передачей на определенный для них в таблице коммутации интерфейс, который определяет направление дальнейшей передачи. Для этого отдельные потоки мультиплексируются (объединяются).

Решение о том, на какой интерфейс передать пришедший пакет, принимается коммутатором в зависимости от выбранного метода продвижения пакетов:

1. Дейтаграммный метод основан на продвижении пакетов по сети независимо друг от друга и на основании одних и тех же правил для всех. Процедура обработки пакета определяется только идентификаторами, заключенными в нем самом, а также зависит от текущего состояния сети, например, от интенсивности загрузки сети, длины очередей на обслуживание в коммутаторах и времени продвижения пакетов с входного на выходной интерфейс в узлах сети.

При дейтаграммном методе продвижения пакетов никакая информация о ранее переданных пакетах не анализируется и не хранится.

2. Метод передачи с установлением логического соединения основан на организации сеансов (логических соединений для передачи данных) с учетом знания предыстории обмена пакетами в сети.

Процедура передачи данных, в таком случае, определяется (устанавливается) не для отдельного пакета, а для всего множества пакетов, передаваемых в данном соединении (сеансе связи). Это позволяет более рационально, по сравнению с дейтаграммным способом, обрабатывать пакеты. Например, не требуется буферизация и упорядочивание пакетов, принятых по мере поступления в произвольном порядке.

Для обслуживания различных логических соединений каждому соединению в сети присваивается идентификатор. При потере во время сеанса связи нескольких предыдущих пакетов в данном логическом соединении можно снизить скорость отправки последующих. Или благодаря нумерации пакетов можно повысить надежность путем отбрасывания дубликатов, пришедших по кольцевым маршрутам, а также упорядочения поступивших и повторения передачи потерянных данных. Информация о состоянии соединения не является указанием фиксированного маршрута продвижения пакетов, принадлежащих данному соединению.

Пакеты, принадлежащие конкретному соединению и даже имеющие одни и те же адреса отправителя и получателя могут перемещаться по сети разными независимыми маршрутами. Эти маршруты выбираются коммутаторами по критериям оптимизации.

В рамках каждого логического соединения задается процедура обработки пакетов, для чего в сети каждому соединению присваивается идентификатор (метка) и запоминаются параметры соединения, которые называются информацией о состоянии соединения.

3. Метод передачи с установлением виртуального канала отличается от метода логического соединения тем, что в число параметров логического соединения входит маршрут, а это значит, что все пакеты в рамках этого соединения должны проходить только по одному, указанному пути.

Заранее (до передачи данных) проложенный фиксированный логический маршрут, позволяющий передавать данные по одному и тому же пути между конечными узлами связи в сети с коммутацией пакетов, называется виртуальным каналом.

На рисунке (Рис.3.1.4) приведена схематическая иллюстрация дейтаграммного метода передачи пакетов и упрощенное представление таблицы коммутации коммутатора К1, в соответствии с которой через указанные коммутаторы сети передаются соответствующие пакеты. Таблица коммутации при организации виртуального канала будет содержать записи с указанием конкретного порта, на который следует передать пакет, содержащий метку проложенного ранее маршрута.

Рассмотренные методы передачи относятся к асинхронным.

Основным транспортным средством в современных сетях связи являются системы передачи синхронной цифровой иерархии (SDH). Технологии спектрального уплотнения (WDM). Пакетные (асинхронные) технологии (АТМ, IP, Ethernet и др.) используются в той или иной степени в зависимости от конкретных условий и уровня развития сети.

На современном этапе существующие транспортные сети представляют собой смешанные оптико-электронные сети. Одной из доминирующих тенденций развития телекоммуникационных сетей является процесс «фотонизации» транспортных сетей, конкретным результатом которой должен явиться переход к полностью оптическим сетям.

Рис. 3.1.4. Дейтаграммный принцип передачи пакетов

Дата добавления: 2014-01-07