22. Цифровые сети связи, особенности их функционирования. Технологии реализации, протоколы обмена данными и электронными сообщениями.

В общем случае любая система цифровой связи включает в себя источники и получатели информации, устройства передачи и приема сигналов, содержащих соответствующим образом преобразованную информацию, а также непосредственно физическую среду (или среды, если их несколько), обеспечивающую прохождение этих сигналов.

Источником информации может быть человек либо какое-нибудь устройство, функционирующее автономно или при участии человека. Исходные сообщения представляют собой аналоговые сигналы (речь, музыкальные записи, тональные сигналы и др.), текстовую информацию, изображения, видеофильмы и т. д. Кодер источника преобразует исходные сообщения в цифровую форму. Для текстовой информации используется так называемое «первичное» кодирование. При этом каждому символу текста ставится в соответствие двоичная кодовая комбинация постоянной или переменной длины. Примерами кодеров канала являются клавиатура компьютера, сканеры, цифровые фотоаппараты и видеокамеры, звуковые карты компьютеров и пр., которые преобразуют исходные сообщения в цифровую форму. В результате в каналах связи, используемых, например, для обмена компьютерной информацией, могут встретиться кодированные сообщения в самых различных форматах. Ими могут быть форматы: текстовых редакторов (doc, rtf); документов для издательских систем (pdf); языков описания страницы Postscript, Encapsulated Postscript (ps, eps); презентаций, электронных слайдов (ppt); гипертекста (htm, html); видео (avi, mpg, mpeg, mov, viv, vdo, avs); аудио (av, aiff, aif, wav, mid, midi, snd) и графических данных (gif, jpeg, jpg, tif, tga, wrl); баз данных (dbf, db, mdb); сжатия файлов (zip, arj, arh, ice) и др.

Полученные сообщения в цифровой форме поступают на вход кодера канала. На данном этапе выполняется совокупность процедур, предназначенных для повышения помехоустойчивости передачи информации по каналам связи и объединения сообщений в групповые потоки для передачи по конкретным каналам связи.

Для каналов спутниковых линий связи в сочетании с помехоустойчивым кодированием часто применяется процедура скремблирования, служащая для выравнивания характеристик цифрового потока. В частном случае скремблирование представляет собой сложение по модулю от исходной последовательности с псевдослучайной последовательностью. В связи с появлением в современных системах связи целой иерархии каналов, отличающихся скоростями передачи информации и ее форматами, широкое распространение получили различные методы мультиплексирования, позволяющие объединять разнородные двоичные потоки для их передачи по высокоскоростным каналам связи.

Цифровые сети связи, как следует из их названия, призваны более эффективно, а значит и в большем объеме передавать информацию между участниками информационного взаимодействия. Мы с Вами рассмотрим их на примере двух сетей – цифровой телефонии, предназначенной для передачи голосовой информации между абонентами и ISDN, которая открывает возможность доступа к глобальной сети.

Компьютерная телефония. Основное назначение данного вида цифровых сетей связи – объединений разнородных локальных информационных инфраструктур в единую информационную телекоммуникационную сеть.

Для приема входящих звонков и выполнения исходящих звонков, а также для управления установленным соединением используются КОМПЬЮТЕРЫ.

Компьютерной телефонией называют технологию CTI (Computer Telephony Integration, интеграция компьютеров и телефонии).

Для реализации компьютерной голосовой связи по телефонной линии необходимо иметь:

- голосовой (voice) модем, к одному из входов которого подключается телефонная линия;

- звуковую карту и акустическую систему или наушники;

- микрофон (микрофон и наушники может заменить телефонный аппарат, желательно с тональным набором, подключаемый ко второму входу модема; тональный набор необходим, поскольку многие сервисы работают только с ним).

Возможности компьютерной телефонии чрезвычайно широки, но наиболее яркий пример ее использования – call-центры. Оператор такого центра при поступлении входящего звонка получает всю необходимую информацию о звонящем (при условии, конечно, что сведения об абоненте хранятся в БД компании). А достигается это за счет клиент-серверного приложения, к БД которого осуществляется доступ по номеру звонящего, определяющегося с помощью автоматического определителя номера (АОН).

Цифровые сети связи разделяются на три типа: c коммутацией каналов, коммутацией сообщений и с коммутацией пакетов.

При коммутации каналов сначала создаётся канал связи, а затем осуществляется обмен информацией. В такой сети ресурсы жестко закреплены за каждым соединением и обмен информацией происходит в реальном масштабе времени. Задержки во времени распространения информации при прохождении по сети минимальны. В случае перегрузок избыточная нагрузка блокируется или сбрасывается. Основной недостаток сети с коммутацией каналов - низкий коэффициент использования пропускной способности линий связи. Сети с коммутацией каналов нашли широкое распространение для передачи и коммутации речи (телефонная сеть).

В сети с коммутацией сообщений информация, предназначенная для передачи в другое оконеченое устройство, запоминается в коммутационной системе, и передается в пункт назначения с некоторой задержкой. Причина такой задержки заключается в том, что сеть рассчитывается на максимальное использование каналов связи с помощью организации очередей. Каждое сообщение снабжается заголовком в котором содержится адрес получателя и маршрут следования по сети, а так же конечным блоком, для защиты передаваемой информации от ошибок. Сообщение принятое с ошибкой подлежит повторной передаче. Сеть с коммутацией сообщений принципиально отличается от сетей с коммутацией каналов тем, что оконечные устройства не взаимодействуют в реальном масштабе времени, избыточная нагрузка не сбрасывается, а увеличивает время доставки. Основной недостаток такой сети - большое время доставки сообщения. Сети с коммутацией сообщений нашли применение для передачи и коммутации данных.

Сети с коммутацией пакетов занимают промежуточное положение. Любое сообщение делится на короткие пакеты, каждый из которых снабжается адресной информацией. Каждый пакет передается как только освобождается любой канал в нужном направлении. В сети с коммутацией пакетов при передаче длительных сообщений (например речи) приводит к значительному росту затрат ресурсов на управление передачей.

Цифровые системы коммутации для передачи речи появились благодаря созданию эффективных и дешевых устройств для преобразования аналогового сигнала в цифровую форму и обратно. Такие устройства получили названия аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) и цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) соответственно.

появилась идея создания цифровой сети интегрального обслуживания (ЦСИО), то есть чтобы по одной сети можно было передавать сообщения разного рода и таким образом объединить в себе возможность всех трёх видов коммутации. Теперь более известна аббревиатура ISDN, которая имеет тот же смысл.

Название сети Integrated Services Digital Network (ISDN) (Цифровая сеть с интегрированными услугами) относится к набору цифровых услуг, которые становятся доступными для конечных пользователей. ISDN предполагает оцифровывание телефонной сети для того, чтобы голос, информация, текст, графические изображения, музыка, видеосигналы и другие материальные источники могли быть переданы конечному пользователю по имеющимся телефонным проводам и получены им из одного терминала конечного пользователя.

Цифровая связь обладает рядом преимуществ по сравнению с аналоговой. Это: более высокие скорости передачи; чистота передачи звука; меньшая вероятность ошибок; более простое оборудование.

Протоколы обеспечивают решение, например, следующих вопросов:

• Кто первым начинает передачу данных?

• Как определяется очередность обмена информацией в сети со множеством устройств?

• Какова схема адресации таких сетевых устройств, как компьютеры?

• Как определить, была ли допущена ошибка при передаче?

• Каким способом исправлять ошибки?

• Если никто из участников обмена не посылает информацию в сеть, как долго они должны находиться в режиме ожидания, прежде чем соединение будет разорвано?

• Следует ли в случае обнаружения ошибки инициировать повторную передачу всего сообщения или же только того сегмента, в котором ошибка обнаружена?

• Какими блоками должны передаваться данные: по одному биту или группами битов? Сколько битов должно быть в блоке? Следует ли упаковывать данные в так называемые пакеты?

Протоколы могут различаться по быстроте и эффективности выполнения своих функций. Приведем два примера.

• SLIP (serial line internet protocol — протокол последовательной межсетевой связи). Позволяет компьютерам использовать протокол IP для получения удаленного доступа в Интернет.

• PPP (point-to-point protocol — протокол двухточечной связи, или связи точка — точка). В настоящее время почти полностью вытеснил SLIP. Может работать не только с ТСР/IP, но и с другими протоколами передачи данных. Имеет улучшенные по сравнению со SLIP средства защиты. Как и SLIP, позволяет соединять удаленные локальные сети.

 

Протокол обмена управляющими сообщениями ICMP (Internet Control Message Protocol) позволяет маршрутизатору сообщить конечному узлу об ошибках, с которыми машрутизатор столкнулся при передаче какого-либо IP-пакета от данного конечного узла.

Протокол ICMP - это протокол сообщения об ошибках, а не протокол коррекции ошибок. Конечный узел может предпринять некоторые действия для того, чтобы ошибка больше не возникала, но эти действия протоколом ICMP не регламентируются

Эхо-протокол

Протокол ICMP предоставляет сетевым администраторам средства для тестирования достижимости узлов сети. Эти средства представляют собой очень простой эхо-протокол, включающий обмен двумя типами сообщений: эхо-запрос и эхо-ответ. Компьютер или маршрутизатор посылают по интерсети эхо-запрос, в котором указывают IP-адрес узла, достижимость которого нужно проверить. Узел, который получает эхо-запрос, формирует и отправляет эхо-ответ и возвращает сообщение узлу - отправителю запроса. В запросе могут содержаться некоторые данные, которые должны быть возвращены в ответе. Так как эхо-запрос и эхо-ответ передаются по сети внутри IP-пакетов, то их успешная доставка означает нормальное функционирование всей транспортной системы интерсети.