2. Общая характеристика элементов инфокоммуникационных сетей

Информационная сеть – это совокупность территориально-рассредоточенных оконечных систем и объединяющей их телекоммуникационной сети, обеспечивающей доступ прикладных процессов оконечных систем к ресурсам информационной сети и их совместное использование. Информационная сеть в отличие от телекоммуникационной, обладает рядом возможностей, связанных с накоплением, хранением, переработкой всех видов информации, и обеспечивает механизмы эффективного ее поиска в любом месте сети и в любое время.

Ресурсы информационной сети подразделяются на информационные ресурсы, ресурсы обработки и хранения данных, программные ресурсы, коммуникационные ресурсы.

Информационные ресурсы – это информация и знания, накопленные во всех областях жизнедеятельности общества, а также продукция индустрии развлечений. Они хранятся, систематизируются в сетевых банках данных, с которыми взаимодействуют пользователи. Эти ресурсы определяют потребительскую ценность информационной сети и должна постоянно создаваться, расширяться и вовремя обновляться.

Ресурсы обработки и хранения данных – это процессоры сетевых компьютеров и объема памяти их запоминающих устройств, а также допустимая продолжительность их использования.

Программные ресурсы представляют собой программное обеспечение, участвующее в предоставлении услуг и приложений пользователям, а также программы сопутствующих функций.

Коммуникационные ресурсы обеспечивают транспортировку информации и распределение потоков в коммуникационных узлах. Коммуникационные ресурсы характеризуются числом каналов (емкостью) линий связи, пропускными способностями трактов, коммутационными мощностями узлов.

Любую сеть электросвязи можно рассматривать как инфокоммуникационную сеть (рис. 2), которая является частью упомянутой выше глобальной информационной инфраструктуры.

Рис. 2. Структура инфокоммуникационной сети

Основная задача транспортных сетей заключается в переносе информационных потоков между различными объектами (узлами сети). Сети доступа обеспечивают индивидуальную доставку информационных потоков на терминальное оборудование конкретных пользователей, т.е. передачу информации между интерфейсом узла, предоставляющего услуги, и сетевым интерфейсом каждого пользователя. Понятие доступа и сети доступа весьма многозначно и может определять как характеристики сетей или оборудования, так и места подключения средств связи, а также вызов данных из памяти компьютеров и пр. Совокупность транспортных сетей и сетей доступа образуют национальные, региональные или местные инфокоммуникационные сети.

Инфокоммуникационную сеть можно рассматривать как информационную систему, предназначенную для хранения, передачи или обработки данных, наложенную на сеть электросвязи (которая, собственно, и осуществляет передачу данных). Определение информационной системы, данное МОС, приведено в табл. 1. В общем виде современная телекоммуникационная сеть (сеть электросвязи) является ядром какой-либо информационной сети, обеспечивающей передачу и некоторые виды обработки данных. Нередко на базе одной те­лекоммуникационной сети создается целый набор информационных (наложенных) сетей различного назначения, предоставляющих разнообразные услуги. К примеру, сеть Интернет существует поверх как телефонных, так и сетей передачи данных. Основное отличие наложенных сетей от сетей, построенных на основе выделенных каналов связи, заключается в том, что пользователь получает в свое распоряжение некий ресурс сети с определенными характеристиками (например, гарантированной скоростью передачи данных).

Ключевым элементом инфокоммуникационных сетей (как, впрочем, и сетей электросвязи) является терминальное оборудование. Перечень типов используемых терминалов достаточно велик. Простейшим из них является телефонный аппарат, а самым распространенным - компьютер.

Таблица 1. Понятия и определения

Термин	Определение
Информационная система	Совокупность объектов, состоящая из одного либо нескольких компьютеров, средств программирования, физических процессов, средств телекоммуникаций и других объектов, образующих автономное целое, способное осуществлять обработку или передачу данных. Информационная система содержит подсис­темы аппаратного, программного, информационного, организационного и пра­вового обеспечения
Терминал	Устройство ввода/вывода данных и команд в инфокоммуникационную сеть, взаимодействующее непосредственно с пользователем и преобразующее дан­ные в вид, пригодный для передачи по сетям электросвязи
Интерфейс	Определенная стандартами граница между взаимодействующими объектами или средства этого взаимодействия
Архитектура инфокоммуника-ционной сети	Совокупность физических, логических и структурных элементов сети, связей между ними и правил взаимодействия
Физическая топология	Размещение пунктов сети и связывающих их линий в пространстве
Логическая топология	Пути, по которым в сети может быть организовано взаимодействие между источниками и потребителями информации
Оконечный пункт (endpoint) (ОП)	Место, где размещено терминальное оборудование, рабочие системы и информационные ресурсы. Может использоваться для сопряжения различных сегментов сети, а также обеспечивать доступ к сети или к каким-либо службам/услугам сети (соответственно узел доступа и/или сервисный узел). В сервисном узле реализуются интерфейсы пользователь-сеть (User-Network Inter­face, UNI) для обеспечения доступа пользователей и интерфейс сервисного узла (Service Node Interface, SNI) для взаимодействия с сетью
Канал передачи (transmission circuit)	Комплекс технических средств и среды распространения для передачи сигнала в сети электросвязи между сетевыми станциями, сетевыми узлами или между сетевой станцией и сетевым узлом, а также между сетевой станцией или сетевым узлом и оконечным устройством первичной сети
Типовой канал передачи	Канал, параметры которого соответствуют нормам ЕСЭ РФ. Основным цифровым каналом обычно называют типовой цифровой канал со скоростью передачи сигналов 64 кбит/с. Канал передачи тональной частоты (ТЧ) - типовой аналоговый канал передачи с полосой частот от 300 до 3400 Гц
Линия передачи (transmission line)	Совокупность линейных трактов систем передачи и (или) типовых физических цепей, имеющих общие линейные сооружения, обслуживающие их устройства и одну и ту же среду распространения в пределах действия этих устройств
Абонентская линия передачи (subscriber line)	Линия передачи первичной сети, соединяющая сетевую станцию или сетевой узел и оконечное устройство первичной сети
Соединительная линия (СЛ)	Линия передачи, соединяющая сетевой узел и сетевую станцию. СЛ получают названия в зависимости от первичной сети, к которой она принадлежит: магистральная, внутризоновая, местная
Узловой пункт (node point), или просто узел (node) сети	Пункт сети, в котором сходится две и более СЛ и который является промежуточным на пути следования потоков данных. В узле могут одновременно или раздельно выполняться такие функции, как коммутация, маршрутизация, мультиплексирование или концентрация
Локальная сеть (Local Area Network, LAN)	Сеть, в которой основная часть нагрузки, создаваемой пользователями, замыкается внутри относительно небольшой территории (предприятие, офис, здание, комплекс зданий и т.п.)
Территориальная сеть (Metropolitan Area Network, MAN)	Сеть мегаполиса, предназначенная для обслуживания территории крупного населенного пункта или небольшого региона
Крупномасштабная территориальная сеть (Wide Area Network, WAN)	Сеть, предназначенная для объединения сетей типа LAN и MAN, расположенных на территории большого региона, государства, континента и даже разных континентов
Оконечный пункт	Место соединения различных сегментов одной сети и инфокоммуникационных сетей, в котором установлено оборудование, выполняющее функции ввода-вывода и преобразования соответствующей информации (информационных потоков). Это может быть граничный коммутатор, мультиплексор или так называемый шлюз, используемый для сопряжения сетей, базирующихся на разных телекоммуникационных технологиях
Транзит	Соединение одноименных каналов передачи или трактов, обеспечивающее прохождение сигналов электросвязи без изменения полосы частот или скорости передачи
Логическая структура инфокоммуни-кационной сети	Состав сетевых служб и связей между ними. В ее рамках решаются все задачи обслуживания пользователей сети от обеспечения взаимодействия терминалов и организации передачи информации до преобразования форматов и кодов, в которых она представлена
Групповой тракт (group link) (ГТ)	Комплекс технических средств системы передачи, предназначенный для передачи сигналов электросвязи или основных цифровых каналов и который в зависимости от нормализованного числа каналов называют первичным, вторичным, третичным, четверичным или N-м групповым трактом. Тракт групповой типовой — групповой тракт, структура и параметры которого соответствуют нормам ЕСЭ РФ
Асинхронный, или старт-стопный способ передачи данных	Информация передается и принимается через нерегулярные интервалы времени с передачей приемнику сообщений, позволяющих определить, когда начинаются и заканчиваются биты данных. Используется для относительно низкоскоростных каналов передачи и автономного оборудования
Синхронный (или изохронный) способ передачи	Применяется в скоростных каналах и базируется на пересылке синхронизующего тактового сигнала по отдельному каналу или путем совмещения его с передаваемыми данными
Протокол передачи данных	Определяет последовательность синхроимпульсов, размер блоков данных, служебных знаков и т.д. и оговаривает правила безошибочной передачи данных
Быстрая коммутация пакетов (Fast Packet Switching, FPS)	Цифровая технология с использованием единого формата пакетов фиксированной длины для разных видов информации (данных, речи и видео). Выполнение всех функций коммутации и маршрутизации реализуется только аппаратным путем. При этом удается сохранить в распределенных сетях экономичность и надежность коммутации пакетов и высокую пропускную способность коммутации каналов

Терминал обеспечивает интерфейс пользователя с нфокоммуникационной сетью или с информационной системой, которая используется для передачи.

Информационную систему, которая создана в одном устройстве либо группе устройств, установленных в одном месте, называют одноточечной. Многоточечная система образуется на множестве взаимосвязанных устройств, установленных территориально в различных местах. Любая многоточечная система (которая не может быть создана без соответствую­щей сети связи) и образует инфокоммуникационную сеть. Организацию, занимающуюся синтезом информационных систем, называют интегратором.

Рассмотрим различные архитектурные аспекты построения инфокоммуникационной сети. Архитектура отображается в виде моделей, для описания которых иногда употребляется выражение топологическая структура, или топология. Различают физическую и логическую топологию сети. Выбор топологии сети - это первая задача, решаемая ее разработчиками с учетом требований к экономичности и надежности связи. Топология любой реальной сети состоит из набора базовых топологий, которые обсуждаются ниже.

«Точка-точка» - это простейшая топология (рис. 9.3, а), непосредственно связывающая (физически и логически) два пункта. Низкую надежность такой сети (например, в случае обрыва кабеля) можно повысить за счет резервной связи, называемой «защитой 1+1» (показано пунктиром) и обеспечивающей 100%-ное резервирование. При выходе из строя основной линии связи сеть автоматически переключается на резервную. Этот же тип резервирования используется при передаче больших объемов информации по скоростным магистральным каналам и в сетях других топологий

Топология «дерево» (рис. 9.3, б) наиболее экономична, поскольку имеет наименьшее число соединительных линий (СЛ), связывающих все пункты, при этом число СЛ на физическом уровне на 1 меньше числа пунктов. На логическом уровне всегда есть единственный путь передачи информации между каждой парой пунктов. Разновидностью древовидной яв­ляется радиалъно-узловая топология (рис. 9.3, е).

В сети, построенной на основе кольцевой топологии, к каждому пункту подсоединены только две линии (рис. 9.3, г). Кольцевая топология широко используется в различных сетях, так как число СЛ на физическом уровне равно числу связанных ими пунктов, что дает сравнительно невысокую стоимость сети. На логическом уровне между каждой парой пунктов может быть организовано два независимых пути в разные стороны (прямой и альтернативный), что повышает надежность связи, особенно при организации резервирования по схеме «1 + 1» («двойное кольцо»), как показано на рис. 3, д.

Полносвязная топология (рис. 9.3, е) обеспечивает физическое и логическое соединение пунктов по принципу «каждый с каждым». При числе пунктов N число СЛ составляет N(N-1)/2, что говорит о весьма высокой стоимости сети. Зато число независимых путей между каждой парой пунктов, равное N-1, дает возможность организовать большое число обходных путей на логическом уровне и соответственно обеспечить максимальную надеж­ность связи без дополнительного резервирования. На практике сети на базе подобной топо­логии применяются для связи важнейших пунктов при относительно небольшом их числе.

Ячеистая топология (рис. 9.3, ж) напоминает ячейки сети или набор кольцевых топо­логий. В ней каждый пункт имеет непосредственную связь с небольшим числом соседних пунктов. При большом числе пунктов N число СЛ приблизительно равно RN/2, где R - среднее количество СЛ, подходящих к каждому пункту. Подобные сети обладают высокой надежностью при меньшем числе СЛ по сравнению с полносвязанной топологией. Обычно эту топологию применяют там, где по сети необходимо пропускать значительную нагрузку.

Структурные компоненты сети (сегменты) любой топологии обычно классифицируются по их масштабности, выполняемым функциям и используемой телекоммуникационной технологии. Классификация сетей по масштабному принципу дана на рис. 4, а соответствующие определения - в табл. 9.1. Как правило, сеть может быть разбита наряд сегментов меньшего масштаба. Связность сегментов на любом уровне осуществляется посредством магистралей (магистральных каналов). Объединение оконечных пунктов внутри сегмента и реализация магистральных сегментов осуществляются путем использования общей коммуникационной среды или образования сетевых узлов.

Сеть (сегмент сети), построенная как связующая магистраль, вне зависимости от ис­пользуемой в ней топологии называется опорной сетью (back-bone network). Совокупность опорных сетей разных уровней обеспечивает иерархическую связность распределенной сети. Опорную сеть верхнего уровня принято называть транспортной сетью. Сетью доступа называют сегмент или совокупность сегментов, образующих тракты, по которым территориально рассредоточенные пункты инфокоммуникационной сети взаимодействуют с узлом доступа к транспортной сети. Сегмент сети, через который терминалы пользователей взаимодействуют с сервисным узлом, называют сетью абонентского доступа. Доступ отдельных терминалов (групп терминалов) пользователей к каким-либо информационным системам или ресурсам через совокупность сегментов сети, называют удаленным доступом.

С точки зрения функционирования транспортные сети и сети доступа могут рассматриваться как самостоятельные структурные компоненты (см. рис. 9.2). Функциональная модель описывает сеть на логическом уровне и отображает взаимосвязь сетевых функции. Функции подразумевают ту или иную задачу, решаемую каким-либо элементом сети, и при физической реализации могут быть сгруппированы в отдельные подсистемы - логические модули. Основные типы сетевых функций представлены в табл.2.

Таблица 9.2. Сетевые функции

Функции	Суть функции
Прикладные	Приложения пользователей и администратора сети
Управления услугами	Создание услуги из их компонентов и связанных с ними сетевых ресурсов, а также управление взаимодействием пользователей с этими услугами
Обработки и хранения данных	Вызов и управление приложениями и их взаимодействие, в том числе с базами данных
Коммуникационные	Транспорт и управление потоками информации при их перераспределении к коммутационным узлам
Административного управления сетью	Управление всеми другими функциями

Логические интерфейсы определяют порядок взаимодействия функций сети связи. Логический интерфейс между функциями одного типа называют протоколом.

Любая инфокоммуникационная сеть обладает технической системой управления, которая в общем виде имеет четыре иерархических уровня управления, компетенции которых показаны в табл. 9.3.

Таблица 9.3. Уровни системы управления сетями связи

Уровень	Компетенции
Административный, или уровень управления коммерческой сферой функционирования сети	Наивысший в иерархии, выполняет организационно-финансовые функции управления, включая управление затратами, доходами и другими финансовыми вопросами
Управления услугами	Обеспечивает удаление и добавление новых услуг, перераспределение их между пользователями и т.д. Во взаимодействии с уровнем сетевого управления можно осуществлять мониторинг качества предоставления услуги, изменять показатели качества и оперативно реагировать на их деградацию
Сетевого управления	Позволяет производить операции над всей сетью/сетями в целом, анализирует их состояние и выполняет сбор и обработку статистических показателей работы, включая учет оборудования и коммуникации, их состояние, технические параметры и т.д.
Управления элементами	Воздействует лишь на конкретные элементы сети и обеспечивает возможность реконфигурации, а именно: включение элемента в работу, его мониторинг, определение другой маршрут, установку новых системных параметры, адресов связи и т.д. Одновременно устраняются сбои, отображаются параметры работы, выполняется управление безопасностью (административные пароли и пр.), техническое обслуживание и тестирование

Структура инфокоммуникационной сети

Таким образом, устройство сети в целом составляет ее структуру, под которой понимают отдельные элементы, их функции и принципы объединения в отдельные структурные компоненты - подсети, образующие сегменты инфокоммуникационной сети в соответствии с их назначением. В общем случае элементами любой сети являются пункты и соединяющие их линии связи. Пункты подразделяются на оконечные и узловые. Линии связи обеспечивают передачу информационных потоков в виде сигналов и в общем случае представляют собой сооружения, среду распространения сигналов (кабели, провода и пр.) и комплекс оборудования, позволяющий использовать линии в режиме разделения на каналы передачи. В зависимости от типа среды линии связи принято подразделять на проводные (кабельные) и беспроводные (радиолинии).

В общем виде канал электросвязи - это путь прохождения сигналов, образованный последовательно соединенными каналами и линиями вторичной сети при помощи станций и узлов вторичной сети и обеспечивающий при подключении его к абонентским оконечным устройствам (терминалам) передачу сообщения от источника к получателю (получателям). Каналу электросвязи присваивают названия в зависимости от вида сети связи, например, телефонный, телеграфный или канал передачи данных. По территориальному признаку каналы электросвязи разделяют на междугородные, зоновые и местные.

Канал передачи называют аналоговым или цифровым в зависимости от методов переда­чи сигналов. Канал передачи, в котором на разных его участках используют аналоговые или цифровые методы передачи сигналов, называют смешанным. При наличии транзитов канал называют составным, при отсутствии транзитов - простым. При наличии в составном канале участков, организованных как в кабельных системах передачи, так и в радиорелейных, канал называется комбинированным. Цифровой канал в зависимости от скорости передачи сигналов называют основным, первичным, вторичным, третичным, четверичным.

Линии передачи называют в зависимости от вида первичной сети, к которой она принадлежит (магистральная, внутризоновая, местная), а также среды распространения (например, кабельная, радиорелейная, спутниковая). Линию передачи, представляющую собой последовательное соединение разных по среде распространения линий передачи, называют комбинированной.

Линейные тракты формируются на основе групповых трактов. Тракт сетевой - несколько последовательно соединенных типовых групповых трактов с включенной на входе и выходе аппаратурой образования тракта. При наличии транзитов того же порядка, что и данный сетевой тракт, он называется составным, при отсутствии таких транзитов - простым. При наличии в составном сетевом тракте участков, организованных как в кабельных, так и в радиорелейных системах передачи, тракт называется комбинированным. В зависимости от метода передачи сигналов тракту присваивается название аналоговый или цифровой.

Важнейшей частью первичной сети (транспортных сетей) являются системы передачи, в которых используются два основных способа (технологии) передачи сигналов электросвя­зи: синхронный и асинхронный (табл. 4).

В первом приближении процесс передачи информации по инфокоммуникционным сетям относительно прост и логичен: вначале нужно определить, где находится получатель информации, затем организовать до него канал связи, по которому и направить информаци­онный поток наиболее экономичным способом. Эту процедуру помогают осуществить кана­лы и другие элементы инфокоммуникационной сети, выполняющие приведенные в табл. 4 функции.

В общем случае протокол передачи данных определяет, кроме синхронизации, элемен­ты, представленные в табл. 4.

Таблица 4. Функции элементов инфокоммуникационной системы

Функция	Пояснение
Маршрутиза-ция (routing)	Процедура поиска пути между двумя пунктами сети на основе адресной информации, включающей базы данных адресов/номеров, таблицы трасс маршрутов и алгоритмы поиска адресов/номеров
Коммутация (switching)	Процесс установления связи между сходящимися в узле линиями при распределении в сети информационных потоков в соответствии со схемой маршрутизации. Этот процесс заключается в установлении соединения, поддержании его во время передачи информации и последующем рассоединении. Часто сети называют по типу коммутации (пакетная или канальная)
Концентрация (conservation)	Объединение нескольких информационных потоков с целью получения более мощного информационного потока для более эффективного использования линии/канала связи
Мультиплексир­ование (multiplexing)	Передача нескольких информационных потоков по одной линии путем закрепления за каждым из них фиксированной части ресурса пропускной способности этой линии
Коммутация каналов (channel switching)	Процесс поиска и соединения электрических цепей, при котором создается сквоз­ное соединение между входом и выходом системы связи, а затем по нему в реальном времени производится информационный обмен, причем вызовы, поступающие при занятости всех путей соединения, как правило, теряются
Синхронизация	Механизм распознавания начала блока данных и его конца, а также последовательность сигналов подтверждения связи, устанавливаемой между компьютерами или другими устройствами. В общем виде - процедура установления и поддер­жания определенных временных соотношений между двумя и более процессами. Различают поэлементную, групповую и цикловую синхронизацию

Таблица 5. Содержание протокола передачи данных

Элемент	Функции
Управление потоком данных	Механизм распределения и синхронизации информационных потоков, который является средством согласования темпа передачи данных с возможностями приемника. Хотя битовые скорости приемников и передатчиков всегда должны совпадать, возможны ситуации, когда передатчик передает информацию в темпе, не приемлемом для приемника. При этом входной буфер приемника (где накапливается входящий поток информации) переполняется, и часть передаваемой информации теряется. Средства управления потоком позволяют приемнику подать передатчику сигнал на приостановку или продолжение передачи. Эти средства требуют наличия обратного канала передачи (от приемника к передатчику)
Методы восстановления	Механизм возврата к определенному положению для повторной передачи информации
Разрешение доступа	Контроль и управление ограничениями доступа к данным
Режим передачи	Определяет способ коммуникаций между двумя узлами. Симплексный режим позволяет передавать данные только в одном направлении, передающий узел полностью занимает канал. В телекоммуникациях такой режим практически не используется - он не позволяет отправителю информации получать подтверждение о ее приеме, что необходимо для обеспечения нормальной связи. Полудуплексный режим допускает двустороннюю передачу, но в каждый момент времени только в одном направлении. Для смены направления требуется подача специального сигнала и получение подтверждения. Полнодуплексный режим допускает одновременную передачу сразу в двух направлениях. При этом передача в одном направлении занимает только часть канала. Дуплексный режим может быть симметричным (полоса пропускания канала в обоих направлениях одинакова) и несимметричным (пропускная способность в одном направлении значительно больше, чем в противоположном)