Розділ 3

ОРГАНІЗАЦІЯ, УПРАВЛІННЯ ТА ТЕХНІЧНЕ ОБСЛУГОВУВАННЯ СУЧАСНИХ МЕРЕЖ ЗВ'ЯЗКУ

«Основне завдання зв'язку полягає в точному або наближеному відтворенні в деякому місці повідомлення, обраного для передачі в іншому».

Клод Шеннон

Глава 9. Система організації та управління мережами зв'язку та основні напрями її розвитку

9.1. Глобальна інфокомунікаційних інфраструктура

Широке проникнення засобів і послуг зв'язку в усі сфери життєдіяльності суспільства змушує людей (від окремих громадян до фахівців у різних галузях економіки і менеджерів компаній-операторів) орієнтуватися у всьому їх швидко мінливому різноманітті для здійснення найбільш ефективного вибору. Багато менеджерів прийшли в галузь зв'язку з інших, далеких від неї сфер діяльності, і потребують загальному уявленні про організацію та управлінні сучасними мережами, чому і присвячена дана глава.

За останні 10-15 років завдяки розвитку технологій та формуванню нових запитів користувачів докорінно змінилася і концепція розвитку мереж зв'язку. В результаті після більш ніж 100-річного домінування аналогових телефонних мереж весь світ активно будує цифрові мультисервісні мережі в рамках процесів конвергенції (лат. convergere - наближатися, сходитися) технології, мереж та послуг зв'язку, яка здійснюється на технологічній базі швидше виробників комп'ютерів, ніж традиційних виробників телекомунікаційного обладнання, що виросли з телефонії. Проблема полягає в тому, що часто менеджери галузі зв'язку стурбовані внутрішніми власними технічними завданнями і їх вирішенням. Але для успішного ведення бізнесу одного цього мало, оскільки суть конвергенції означає використання різноманітних засобів зв'язку для обслуговування потреб широкої аудиторії користувачів з наданням їм різного за обсягом, якістю та ціною мережевого ресурсу. І це - найважливіше. Ось чому спочатку XXI століття в умовах надзвичайного розвитку інфокомунікаційного ринку у всьому світі споживачі послуг не будуть задоволені, поки розробники систем зв'язку і компанії-оператори вважають, що саме технологія первинна, а потреби клієнтів, що задовольняються на її основі, вторинні.

Тісний зв'язок телекомунікацій та базується на їх досягненнях інформатизації нині настільки очевидна, що про настання інфокомунікаційної ери сьогодні говорять як про майже доконаний факт. Тому в даний час не можна говорити про організацію мереж електрозв'язку окремо від інформаційних технологій, оскільки перші розвиваються за рахунок і на благо останніх. Виник новий термін - інфокомунікації, що означає нерозривний зв'язок інформаційних і телекомунікаційних елементів інформаційного обміну, які розвиваються в процесі конвергенції. А інфокомунікаційні мережі є результатом інтеграції інформаційних мереж та мереж зв'язку. Інфокомуникації і інфокомунікаційні технології (ІКТ) разом складають інфокомунікаційних інфраструктуру суспільства.

Незважаючи на свою міць, названі елементи порівняно доступні. Неоціненну роль тут зіграла стандартизація укупі з досягненнями технологічної революції. Справді, саме зараз вперше стало можливим подання будь-якої інформації (від промови до високоякісного відео) в стандартному цифровому форматі, придатному для передачі по «стандартним» каналам зв'язку, а також для зберігання і обробки на будь-якому «Стандартному» комп'ютері, що вперше робить потужні комп'ютерні системи недорогими і доступними.

Як результат в інформаційну еру поняття «зв'язок» отримує більш широке тлумачення, ніж просто забезпечення контакту між людьми. Всесвітня мережа Інтернет створює нове єдиний простір для інформаційного обміну, співробітництва і торгівлі. Це - нова реальність, в якій безпосередність і оперативність телевізійних і мовних повідомлень поєднується з глибиною і змістовністю, властивих повідомленнями письмовим. У цій реальності є два споживчих властивості, що відрізняють її від традиційних телетехнологій: з її допомогою відшукується потрібна інформація; вона дозволяє об'єднувати людей в групи за інтересами (в тому числі по бізнес-інтересам). Вона тягне за собою серйозні зміни і насамперед зміну технологічної основи телекомунікаційних мереж: нині телекомунікаційний світ заговорив про появу так званих мереж зв'язку нового покоління (Next generation network, NGN). Довгий час основна мережева ідея була гранично проста - для того, щоб передати що-небудь з точки в точку, необхідно сформувати відповідний канал «точка-точка». Так працювали телеграф, потім телефонна мережа, а через 100 років мережі SDH і ATM. З часом з'явилася необхідність створення одночасно функціонуючих каналів для цілої групи користувачів. Виникла парадигма багатозв’язаності кожного з кожним, на основі якої створюється єдиний простір спілкування в рамках так званих віртуальних приватних мереж (Virtual Prvat Network, VPN), які стають мультисервісними: мова + дані + відео. Стала також можливої ​​глобальна інформатизація діяльності людей. Потік генерується суспільством інформації став товаром, вартість якого перевищує вартість всієї іншої продукції, що виробляється.

Глобалізація - загальносвітовий процес злиття компонентів людської цивілізації, включаючи процес поширення інформаційних технологій, продуктів і систем по всьому світу, що несе за собою економічну і культурну інтеграцію. Прихильники цього процесу бачать в ньому можливість подальшого прогресу. Так, глобальний рівень, на якому працюють нинішні інфокомунікації, дає людству вже відомі інформаційні блага у вигляді загальнодоступного Інтернету або відносно недорогий IP-телефонії. Опоненти попереджають про небезпеки глобалізації для національних культурних традицій, економіки тощо, самими незначними з яких, ймовірно, є поширення спаму і комп'ютерних вірусів.

Саме тому в сучасному світі стала такою важливою проблема забезпечення інформаційної безпеки і особистості, і комерційного підприємства, і держави. Її не може сьогодні ігнорувати жоден фахівець, який має відношення не тільки до використання мереж зв'язку, а й до використання будь-якої інформації взагалі.

Не менш важливою в сучасному суспільстві є проблема так званого цифрового розриву, або цифрової нерівності, коли в силу різних обставин не тільки окремі групи людей, а й цілі країни не мають рівних можливостей доступу до інфокомунікаційних мереж та послуг. Дослідження кількісних характеристик цифрового розриву показують, що він не тільки постійно зростає, гальмуючи розвиток глобальних процесів, але і тісно пов'язаний з глибокою економічною розривом між людьми і країнами, існуючим понині.

Значення інформатизації для зміцнення економічної могутності країни першими усвідомили в Японії, де ще в 60-ті роки минулого століття з'явилася ідея створення інформаційного суспільства. В США в 1993 р було поставлено завдання розвитку національної інфокомунікаційної інфраструктури (National information infrfstructure, NII), що включає створення високошвидкісних інформаційних мереж. В Європі також заговорили про інформаційне співтоваристві (Information Society, IS), в результаті чого в 1994 було створено Бюро по проектам інформаційного суспільства (Information society project office, ISPO) і з'явилися документи, що містили пропозиції щодо розвитку інфраструктури телекомунікацій та підтримці відповідних європейських проектів. Зрозуміло, європейські та американські концепції інформатизації не могли довго існувати порізно. В лютому 1995 р в Брюсселі на нараді міністрів, що займаються розвитком інформаційного співтовариства в різних країнах, було визначено понад десятка глобальних проектних зон (Project Areas): глобальна интероперабельность широкосмугових мереж, електронна універсальна бібліотека, мультимедійний доступ до світової культурної спадщини, глобальне управління надзвичайними ситуаціями, глобальний ринок для середніх і малих підприємств та ін. Саме тоді й оформилася ідея про глобальному інформаційному суспільстві (Global Information Society, GIS).

Ідея полягає в тому, що GIS об'єднує національні інформаційні суспільства країн, що входять у світове співтовариство, і базується на глобальній інформаційній інфраструктурі (Global Information Infrastructure, GII), яка включає в себе національні інфокомунікаційні мережі, а принципи її побудови та розвитку формулюються МСЕ-густо інших міжнародних організацій. За задумом розробників, СІ буде являти собою інтегровану загальносвітову інформаційну мережу масового обслуговування населення планети на основі інтеграції глобальних і регіональних інформаційно-комунікаційних систем, а також систем цифрового телебачення і радіомовлення, супутникових систем та рухомого зв'язку. Процеси створення та розвитку єдиного інформаційного простору, єдиної уніфікованої системи телекомунікацій, стандартів обміну інформацією, інформаційної економіки, а також впровадження нових технологій у важливі сфери життєдіяльності суспільства мають бути повсюдними. Дійсно, інфокомункації стають глобальними.

Глобальні інформаційні процеси підлягають правовому регулюванню. Міжнародне інформаційне право має свій об'єкт регулювання - це міжнародні інформаційні відносини. Вони виникають в ході освоєння міжнародного інформаційного простору, транскордонної діяльності засобів масової інформації, при реалізації прав держав і народів на інформацію.

8 липня 2002 на о. Окінава представники країн «вісімки», включаючи Росію, підписали «Хартію Глобального інформаційного суспільства». Визначення терміна «Глобальне інформаційне суспільство» в Хартії не міститься - це скоріше образний вислів. ніж точний термін. Разом з тим вперше на міжнародно-правовому рівні Хартія закріпила основи стратегії і тактики формування GIS, намітила правові, політичні та технологічні заходи, які покликані активізувати діяльність міжнародного співтовариства з формування GIS на трьох рівнях: загальносвітовому, регіональному та національному. У Хартії закріплені найважливіші принципи формування GIS: забезпечення кожному члену суспільства можливості доступу до будь-якої інформації і спілкування з будь-яким іншим членом цього товариства, індивідуальним і колективним; принцип інформаційного суверенітету; принцип рівності кожного члена суспільства, народу, нації. Досягнення цілей створення GIS і рішення виникаючих проблем зажадає розробки змістовних національних і міжнародних стратегій.

Особливу роль Хартія відводить інформаційно-комунікаційним технологіям (ІКТ), які є найважливішим чинником, що впливає на формування суспільства XXI століття і які забезпечують можливість більш ефективно і творчо вирішувати економічні та соціальні проблеми всім приватним особам, фірмам і співтовариствам.

У концепції GIS виділяють наступні важливі компоненти: інформаційні та комунікаційні технології, Інтернет; інформаційна інтелектуальна власність; електронні інформаційні центри, бази і банки даних; відеопродукція, багатомовні перекладні програмні продукти, нові засоби зображення; загальне інформаційне спадщина - системи управління виробництвом; біотехнології, фармацевтична продукція та ін. Названі компоненти проявляються у всіх секторах економіки, під їх впливом змінюються пріоритети світового господарства, обміну продукцією та інформацією. Взаємозв'язок процесу глобалізації та розвитку інфокомунікацій показана на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Взаємозв'язок процесів глобалізації та розвитку інфокомунікацій

Необхідна для розвитку GIS глобальна інформаційна інфраструктура припускає адекватне технологічне, економічне, організаційно-виробниче і структурний розвиток сфери інфокомунікацій. Звідси виникає необхідність у проведенні державної політики інформатизації як комплексу взаємопов'язаних політичних, правових, економічних, соціально-культурних і організаційних заходів, спрямованих на встановлення загальнодержавних пріоритетів розвитку інформаційного середовища суспільства і створення умов переходу Росії до інформаційного суспільства.

Рис. 9.2. Загальна характеристика елементів інфокомунікаційних мереж

Будь-яку мережу електрозв'язку можна розглядати як інфокомунікаційних мережу (рис. 9.2), яка є частиною згаданої вище глобальної інформаційної інфраструктури. Рис. 9.2. Структура інфокомунікаційної мережі

Основне завдання транспортних мереж полягає в перенесенні інформаційних потоків між різними об'єктами (вузлами мережі). Мережі доступу забезпечують індивідуальну доставку інформаційних потоків на термінальне обладнання конкретних користувачів, тобто передачу інформації між інтерфейсом вузла, що надає послуги, і мережевим інтерфейсом кожного користувача. Поняття доступу та мережі доступу дуже багатозначно і може визначати як характеристики мереж або обладнання, так і місця підключення засобів зв'язку, а також виклик даних з пам'яті комп'ютерів і пр. Сукупність транспортних мереж і мереж доступу утворюють національні, регіональні чи місцеві інфокомунікаційні мережі.

Інфокомунікаційних мережу можна розглядати як інформаційну систему, призначену для зберігання, передачі або обробки даних, накладену на мережу електрозв'язку (яка, власне, і здійснює передачу даних). Визначення інформаційної системи, дане МОС, приведено в табл. 9.1. В загальному вигляді сучасна телекомунікаційна мережа (мережа електрозв'язку) є ядром будь-якої інформаційної мережі забезпечує передачу і деякі види обробки даних. Нерідко на базі однієї телекомунікаційної мережі створюється цілий набір інформаційних (накладених) мереж різного призначення, що надають різноманітні послуги. Наприклад, мережа Інтернет існує поверх як телефонних, так і мереж передачі даних. Основна відмінність накладених мереж від мереж, побудованих на основі виділених каналів зв'язку, полягає в тому, що користувач отримує в своє розпорядження якийсь ресурс мережі з певними характеристиками (наприклад, гарантованою швидкістю передачі даних).

Ключовим елементом інфокомунікаційних мереж (як, втім, і мереж електрозв'язку) є термінальне обладнання. Перелік типів використовуваних терміналів досить великий. Найпростішим з них є телефонний апарат, а найпоширенішим - комп'ютер.

Таблиця 9.1. Поняття і визначення

Термін	Визначення
Інформаційна система	Сукупність об'єктів, що складається з одного або декількох комп'ютерів, засобів програмування, фізичних процесів, засобів телекомунікацій та інших об'єктів, що утворюють автономне ціле, здатне здійснювати обробку або передачу даних. Інформаційна система містить підсистеми апаратного, програмного, інформаційного, організаційного і правового забезпечення
Термінал	Пристрій введення виведення даних і команд в інфокомунікаційних мережу, взаємодіючи безпосередньо з користувачем і перетворює дані у вид, придатний для передачі по мережах електрозв'язку
Інтерфейс	Певна стандартами межа між взаємодіючими об'єктами або засоби цієї взаємодії
Архітектура інфокомунікаційної мережі	Сукупність фізичних, логічних і структурних елементів мережі, зв'язків між ними і правил взаємодії
Фізична топологія	Розміщення пунктів мережі і зв'язують їх ліній в просторі
Логічна топологія	Шляхи, якими в мережі може бути організована взаємодія між джерелами і споживачами інформації
Кінцевий пункт (КП)	Місце, де розміщено термінальне обладнання, робочі системи та інформаційні ресурси. Може використовуватися для сполучення різних сегментів мережі, а також забезпечувати доступ до мережі або до будь-якої служби / послугами мережі (відповідно вузол доступу та / або сервісний вузол). В сервісному вузлі реалізуються інтерфейси користувач - мережа (User – Network Interface, UNI) для забезпечення доступу користувачів і інтерфейс сервісного вузла (Service ode Interface, SNI) для взаємодії з мережею
Канал передачі	Комплекс технічних засобів і середовища поширення для передачі сигналу в мережі електрозв'язку між мережними станціями, мережевими вузлами або між мережевий станцією і мережевим вузлом, а також між мережевий станцією або мережевим вузлом і кінцевим пристроєм первинної мережі
Типовий канал передачі	Канал, параметри якого відповідають нормам ЕСЕ РФ. основним цифро- вим каналом зазвичай називають типовий цифровий канал зі швидкістю передачі сигналів 64 кбіт / с. Канал передачі тональної частоти (ТЧ) - типовий аналоговий канал передачі з смугою частот від 300 до 3400 Гц
Лінія передачі	Сукупність лінійних трактів систем передачі та (або) типових фізичних ланцюгів, що мають спільні лінійні споруди, обслуговуючі їх влаштування і одну і ту ж середу поширення в межах дії цих пристроїв
Абонентська лінія передачі	Лінія передачі первинної мережі, що з'єднує мережеву станцію або мережевий вузол і кінцевий пристрій первинної мережі
З’єднувальна лінія	Лінія передачі, що з'єднує мережевий вузол і мережеву станцію. СЛ отримують назви залежно від первинної мережі, до якої вона належить: магістральна. внутрішньозонова, місцева
Вузловий пункт, чи просто вузол	Пункт мережі, в якому сходиться дві і більше СЛ і який є проміжним на шляху проходження потоків даних. У вузлі можуть одночасно або роздільно виконуватися такі функції, як комутація, маршрутизація, мультиплексування або концентрація
Локальна мережа (LAN)	Мережа, в якій основна частина навантаження, створюваної користувачами, замикається всередині відносно невеликій території (підприємство, офіс, будівля, комплекс будівель і т.п.)
Територіальна мережа (MAN)	Мережа мегаполісу, призначена для обслуговування території великого населеного пункту або невеликого регіону
Великомасштабна територіальна мережа (WAN)	Мережа, призначена для об'єднання мереж типу LАN і МАN, розташованих на території великого регіону, держави, континенту і навіть різних континентів
Кінцевий пункт	Місце з'єднання різних сегментів однієї мережі і інфокоммунікаціонньгх мереж, в якому установлено обладнання, яке виконує функції введення-виведення і перетворення відповідної інформації (інформаційних потоків). Це може бути граничний комутатор, мультиплексор або так званий шлюз, використовуваний для сполучення мереж, що базуються на різних телекомунікаційних технологіях
Транзит	З'єднання однойменних каналів передачі або трактів, що забезпечує проходження сигналів електрозв'язку без зміни смуги частот або швидкості передачі
Логічна структура інфокомунікаційної мережі	Склад мережевих служб і зв'язків між ними. В її рамках вирішуються всі завдання обслуговування користувачів мережі від забезпечення взаємодії терміналів і організації передачі інформації до перетворення форматів і кодів, в яких вона представлена
Груповий тракт	Комплекс технічних засобів системи передачі, призначений для передачі сигналів електрозв'язку або основних цифрових каналів і який в залежності від нормалізованого числа каналів називають первинним, вторинним, третинним, або N-м груповим трактом. тракт груповий типовий - груповий тракт, структура і параметри якого відповідають нормам ЕСЕ РФ
Асинхронний спосіб передачі даних	Інформація передасться і приймається через нерегулярні інтервали часу з передачею приймачу повідомлень, що дозволяють визначити, коли починаються і закінчуються біти даних. Використовується для відносно низькошвидкісних каналів передачі та автономного устаткування
Синхронний спосіб передачі даних	Застосовується в швидкісних каналах і базується на пересилці Сінхронізуеться тактового сигналу по окремому каналу або шляхом суміщення його з переданими даними
Протокол передачі даних	Визначає послідовність синхроімпульсів, розмір блоків даних, служебник знаків і т.д. і обумовлює правила безпомилкової передачі даних
Швидка комутація пакетів	Цифрова технологія з використанням єдиного формату пакетів фіксованої довжини для різних видів інформації (даних, мови і відео). виконання всіх функцій комутації та маршрутизації реалізується тільки апаратним шляхом. При цьому вдається зберегти в розподілених мережах економічність і надійність комутації пакетів і високу пропускну здатність комутації каналів

Термінал забезпечує інтерфейс користувача з інфокомуникаціонною мережею або з інформаційною системою, яка використовується для передачі.

Інформаційну систему, яка створена в одному пристрої або групі пристроїв, встановлених в одному місці, називають одноточковою. Багатоточкова система утворюється на безлічі взаємозв'язаних пристроїв, встановлених територіально в різних місцях. Будь-яка багатоточкова система (яка не може бути створена без відповідної мережі зв'язку) і утворює інфокомунікаційну мережу. Організацію, що займається синтезом інформаційних систем, назвавают інтегратором.

Розглянемо різні архітектурні аспекти побудови інфокомунікаційну мережі. Архітектура відображується у вигляді моделей, для опису яких інколи уживається вираження топологічна структура, або топологія. Розрізняють фізичну і логічну топологію мережі. Вибір топології мережі — це перше завдання, що вирішується її розробниками з врахуванням вимог до економічності і надійності зв'язку. Топологія будь-якої реальної мережі складається з набору базових топологий, які обговорюються нижчим.

«Точка - точка» — це проста топологія (мал. 9.3, а), що безпосередньо зв'язує (фізично і логічно) два пункти. Низьку надійність такої мережі (наприклад, в разі обриву кабелю) можна підвищити за рахунок резервного зв'язку, званим «захистом 1 + 1» (показано пунктиром) і що забезпечує 100% - ве резервування. При виході з буд основної лінії зв'язку мережа автоматично перемикається на резервну. Цей же тип резервування використовується при передачі великих об'ємів інформації по швидкісних магістральних каналах і в мережах інших топологій.

Рис. 9.3. Приклади топологій:

А - «крапка-крапка»;

Б - деревовидна;

В - радіально-вузлова;

Г - кільце;

Д - подвійне кільце;

Е - повнозв'язна топологія;

Ж - комірчаста

Топологія «дерево» (мал. 9.3, би) найбільш економічна, оскільки має найменше число сполучних ліній (CJI), що зв'язують всі пункти, при цьому число CJI на фізичному рівні на 1 менше числа пунктів. На логічному рівні завжди є єдина дорога передачі інформації між кожною парою пунктів. Різновидом деревовидною є радіально-вузлова топологія (мал. 9.3, в).

У мережі, побудованій на основі кільцевої топології, до кожного пункту приєднано лише дві лінії (мал. 9.3, г). Кільцева топологія широко використовується в різних мережах, оскільки число CJI на фізичному рівні дорівнює числу зв'язаних ними пунктів, що дає порівняно невисоку вартість мережі. На логічному рівні між кожною парою пунктів може бути організоване дві незалежні дороги в різні боки (прямий і альтернативний), що підвищує надійність зв'язку, особливо при організації резервування за схемою «1 + 1» («подвійне кільце»), як показано на мал. 9.3, д.

Повнозв'язна топологія (мал. 9.3, е) забезпечує фізичне і логічне з'єднання пунктів за принципом «кожен з кожним». При числі пунктів N число CJI складає N(N - 1) /2, що говорить про вельми високу вартість мережі. Зате число незалежних доріг між кожною парою пунктів, рівне N - 1, дає можливість організувати велике число обхідних доріг на логічному рівні і відповідно забезпечити максимальну надійність зв'язку без додаткового резервування. На практиці мережі на базі подібної топології застосовуються для зв'язку найважливіших пунктів при відносно невеликому їх числі.

Комірчаста топологія (мал. 9.3, же) нагадує вічка мережі або набір кільцевих топологій. У ній кожен пункт має безпосередній зв'язок з невеликим числом сусідніх пунктів. При великому числі пунктів N число СЛ приблизно рівний Rn/2, де R — середня кількість CJI, відповідних до кожного пункту. Подібні мережі володіють високою надійністю при меншому числі CJI в порівнянні з повнозв'язаною топологією. Зазвичай цю топологію застосовують там, де по мережі необхідно пропускати значне навантаження.

Структурні компоненти мережі (сегменти) будь-якої топології зазвичай класифікуються по їх масштабності, виконуваним функціям і використовуваній телекомунікаційній технології. Класифікація мереж за масштабним принципом дана на мал. 9.4, а відповідні визначення — в таблиці. 9.1. Як правило, мережа може бути розбита вбрання сегментів меншого масштабу. Зв'язність сегментів на будь-якому рівні здійснюється за допомогою магістралей (магістральних каналів). Об'єднання крайових пунктів усередині сегменту і реалізація магістральних сегментів здійснюються шляхом використання загального комунікаційного середовища або утворення мережевих вузлів.

Рис. 9.4. Ієрархія мереж за масштабною ознакою

Мережа (сегмент мережі), побудована як єднальна магістраль, незалежно від використовуваної в ній топології називається опорною мережею (back-bone network). Сукупність опорних мереж різних рівнів забезпечує ієрархічну зв'язність розподіленої мережі. Опорну мережу верхнього рівня прийнято називати транспортною мережею. Мережею доступу називають сегмент або сукупність сегментів, створюючих тракти, по яких територіально розосереджені пункти інфокомунікаційною мережі взаємодіють з вузлом доступу до транспортної мережі.

Сегмент мережі, через який термінали користувачів взаємодіють з сервісним вузлом, називають мережею абонентського доступу. Доступ окремих терміналів (груп терміналів) користувачів до яких-небудь інформаційних систем або ресурсів через сукупність сегментів мережі, називають видаленим доступом.

З точки зору функціонування транспортні мережі і мережі доступу можуть розглядатися як самостійні структурні компоненти (див. мал. 9.2). Функціональна модель описує мережу на логічному рівні і відображує взаємозв'язок мережевих функцій. Функції мають на увазі те або інше завдання, що вирішується яким-небудь елементом мережі, і при фізичній реалізації можуть бути згруповані в окремі підсистеми — логічні модулі. Основні типи мережевих функцій представлені в таблиці. 9.2.

Таблиця 9.2. Мережеві функції

Функції	Суть функції
Прикладні	Додатки користувачів і адміністратора мережі
Управління послугами	Створення послуги з їх компонентів і пов'язаних з ними мережевих ресурсів, а також управління взаємодією користувачів з цими послугами
Обробки і зберігання даних	Виклик і управління додатками і їх взаємодія, у тому числі з базами даних
Комунікаційні	Транспорт і управління потоками інформації при їх перерозподілі до комутаційних вузлів
Адміністративного управління мережею	Управління всіма іншими функціями

Логічні інтерфейси визначають порядок взаємодії функцій мережі зв'язку. Логічний інтерфейс між функціями одного типа називають протоколом.

Будь-яка інфокомунікаційна мережа володіє технічною системою управління, яка в загальному вигляді має чотири ієрархічні рівні управління, компетенції яких показані в таблиці. 9.3.

Таблиця 9.3. Рівні системи управління мережами зв'язку

Рівень	Компетенція
Адміністративний, або рівень управління комерційною сферою функціонування мережі	Найвищий в ієрархії, виконує організаційно-фінансові функції управління, включаючи управління витратами, доходами та іншими фінансовими питаннями
Управління послугами	Забезпечує видалення і додавання нових послуг, перерозподіл їх між користувачами і т.д. у взаємодії з рівнем мережевого управління можна здійснювати моніторинг якості надання послуги, змінювати показники якості і оперативно реагувати на їх деградацію
Мережеве управління	Дозволяє робити операції над всією мережею / мережами в цілому, аналізує їх стан і виконує сбір і обробку статистичних показників роботи, включаючи облік обладнання та комунікацій, їх стан, технічні параметри і т.д.
Управління елементами	Впливає лише на конкретні елементи мережі і забезпечує можливість реконфігурації, а саме: включення елемента в роботу, його моніторинг, визначення іншої маршрут, установку нових системних параметри, адрес зв'язку і т.д. Одночасно усуваються збої, відображаються параметри роботи, виконується управління безпекою (адміністративні паролі і пр.), технічне обслуговування та тестування

Таким чином, пристрій мережі в цілому складає її структуру, під якою розуміють окремі елементи, їх функції і принципи об'єднання в окремі структурні компоненти - підмережі, що утворюють сегменти інфокомунікаційної мережі відповідно до їх призначення. У загальному випадку елементами будь-якої мережі є пункти і лінії зв'язку, що сполучають їх. Пункти підрозділяються на крайові і вузлові. Лінії зв'язку забезпечують передачу інформаційних потоків у вигляді сигналів і в загальному випадку є спорудами, середовищем поширення сигналів (кабелі, дроти і ін.) і комплексом устаткування, що дозволяє використовувати лінії в режимі розподілу на канали передачі. Залежно від типу середовища лінії зв'язку прийнято підрозділяти на дротяні (кабельні) і безпровідні (радіолінії).

У загальному вигляді канал електрозв'язку - це шлях проходження сигналів, утворений послідовно сполученими каналами і лініями вторинної мережі за допомогою станцій і вузлів вторинної мережі і що забезпечує при підключенні його до абонентських крайових пристроїв (терміналам) передачу повідомлення від джерела до одержувача (одержувачам). Каналу електрозв'язку привласнюють назви залежно від виду мережі зв'язку, наприклад, телефонний, телеграфний або канал передачі даних. За територіальною ознакою канали електрозв'язку розділяють на міжміські, зонові і місцеві.

Канал передачі називають аналоговим або цифровим залежно від методів передачі сигналів. Канал передачі, в якому на різних його ділянках використовують аналогові або цифрові методи передачі сигналів, називають змішаним. За наявності транзиту канал називають складеним, за відсутності транзиту - простим. За наявності в складеному каналі ділянок, організованих як в кабельних системах передачі, так і в радіорелейних, канал називається комбінованим. Цифровий канал залежно від швидкості передачі сигналів називають основним, первинним, вторинним, третинним, четверичним.

Лінії передачі називають залежно від виду первинної мережі, до якої вона належить (магістральна, внутрішньозонова, місцева), а також середовища поширення (наприклад, кабельна, радіорелейна, супутникова). Лінію передачі, що є послідовним з'єднанням різних по середовищу поширення ліній передачі, називають комбінованою.

Лінійні тракти формуються на основі групових трактів. Тракт мережевий - декілька послідовно сполучених типових групових трактів з включеною на вході і виході апаратурою утворення тракту. За наявності транзиту того ж порядку, що і цей мережевий тракт, він називається складеним, за відсутності такого транзиту - простим. За наявності в складеному мережевому тракті ділянок, організованих як в кабельних, так і в радіорелейних системах передачі, тракт називається комбінованим. Залежно від методу передачі сигналів тракту привласнюється назва аналоговий або цифровий.

Найважливішою частиною первинної мережі (транспортних мереж) є системи передачі, в яких використовуються два основні способи (технології) передачі сигналів електрозв'язку, : синхронний і асинхронний (таблиця. 9.4).

У першому наближенні процес передачі інформації по інфокомунікаційних мережах відносно простий і логічний: спочатку треба визначити, де знаходиться одержувач інформації, потім організувати до нього канал зв'язку, по якому і направити інформаційний потік найбільш економічним способом. Цю процедуру допомагають здійснити канали і інші елементи інфокомунікаційної мережі, виконуючі приведені в таблицю. 9.4 функцій (см розд. 9.4).

У загальному випадку протокол передачі даних визначає, окрім синхронізації, елементи, представлені в таблиці. 9.5.

Таблиця 9.4. Функції елементів інфокомунікаційної системи

Функція	Пояснення
Маршрутизація	Процедура пошуку шляху між двома пунктами мережі на основі адресної інформації, що включає бази даних адрес / номерів, таблиці трас маршрутів і алгоритми пошуку адрес / номерів
Комутація	Процес встановлення зв'язку між сходящимися в вузлі лініями при розподілі в мережі інформаційних потоків відповідно до схеми маршрутизації. Цей процес полягає у встановленні з'єднання, підтримці його під час передачі інформації і наступному роз'єднанні. Часто мережі називають по типом комутації (пакетна або канальна)
Концентрація	Об'єднання декількох інформаційних потоків з метою отримання більш потужного інформаційного потоку для більш ефективного використання лінії / каналу зв'язку
Мультиплексування	Передача декількох інформаційних потоків по одній лінії шляхом закріплення за кожним з них фіксованої частини ресурсу пропускної здатності цієї лінії
Комутація каналів	Процес пошуку й з'єднання електричних ланцюгів, при якому створюється наскрізне з'єднання між входом і виходом системи зв'язку, а потім по ньому в реальному часі проводиться інформаційний обмін, причому виклики, що надходять при зайнятості всіх шляхів сполуки, як правило, губляться
Синхронізація	Механізм розпізнавання початку блока даних і його кінця, а також послідовність сигналів підтвердження зв'язку, яка встановлюється між комп'ютерами або іншими пристроями. Загалом вигляді - процедура встановлення і підтримки певних часових співвідношень між двома і більше процесами. Розрізняють поелементну, групову та циклову синхронізацію

Таблиця 9.5. Зміст протоколу передачі даних

Елемент	Функції
Керування потоком даних	Механізм розподілу і синхронізації інформаційних потоків, який є засобом узгодження темпу передачі даних з можливостями приймача. Хоча бітові швидкості приймачів і передавачів завжди повинні збігатися, можливі ситуації, коли передавач передає інформацію в темпі, що не прийнятному для приймача. При цьому вхідний буфер приймача (де накопичується вхідний потік інформації) переповнюється, і частина переданої інформації втрачається. Засоби управління потоком дозволяють приймачу подати передавача сигнал на призупинення або продовження передачі. Ці кошти вимагають наявності зворотного каналу передачі (від приймача до передавача)
Метод відновлення	Механізм повернення до визначеного положення для повторної передачі інформації
Дозвіл доступу	Контроль і керування обмеженнями доступу до даних
Режим передачі	Визначає спосіб комунікацій між двома вузлами. Симплексний режим дозволяє передавати дані тільки в одному напрямку, передає вузол повністю займає канал. У телекомунікаціях такий режим практично не використовується - він не дозволяє відправнику інформації отримувати підтвердження про її прийом, що необхідно для забезпечення нормального зв'язку. Напівдуплексний режим допускає двосторонню передачу, але в кожен момент часу лише в одному напрямку. Для зміни напряму потрібно подача спеціального сигналу й одержання підтвердження. Повнодуплексний режим допускає одночасну передачу відразу в двох напрямках. При цьому передача в одному напрямку займає тільки частину каналу. Дуплексний режим може бути симетричним (смуга пропускання каналу в обох напрямках однакова) і несиметричним (пропускна здатність в одному напрямі значно більше, ніж в протилежному)

9.4. Мережеві технології. Системи передачі і комутації

Класифікація методів комутації приведена нарис. 9.5. Відомі два основні принципи комутації : безпосереднє з'єднання і з'єднання з накопиченням інформації.

Рис. 9.5. Класифікація методів комутації

Безпосереднє з'єднання припускає фізичне з'єднання каналів, що входять у вузол комутації, з відповідними витікаючими каналами. Принцип безпосереднього з'єднання реалізується в мережі з комутацією каналів (КК), а вузлові станції цієї мережі - станціями комутації (такими, зокрема, являються телефонні станції).

Комутація каналів як один із способів перенесення інформації використовується в аналогових мережах телефонного зв'язку, а нині застосовується у вузькосмугових мережах. У класичному сенсі при оперативній КК (на відміну від кросової КК, яка знаходить ще широке застосування у відомчих мережах зв'язку) канал надається користувачеві тільки на час сеансу зв'язку з моменту встановлення з'єднання до моменту завершення роботи і роз'єднання. Комутація каналів припускає виконання сукупності операцій по з'єднанню каналів для отримання наскрізного каналу, що зв'язує через вузли комутації один крайовий пункт з іншим, а потім для передачі повідомлення. До тих пір, поки взаємозв'язані абоненти не повідомлять про своє рішення ліквідовувати встановлене з'єднання, виділені ресурси мережі знаходяться в їх монопольному володінні, незалежно від того, чи використовуються вони в даний момент або ні. Достоїнства КК : після організації з'єднання абоненти можуть вести передачу в будь-який час незалежно від навантаження, що поступає від інших абонентів; передача здійснюється з фіксованою затримкою, тобто може бути реалізований режим передачі в реальному часі, що особливо важливо при передачі мультимедійного трафіку. Основний недолік КК - погане використання ресурсів мережі, зокрема каналів, якщо взаємодіючі абоненти недостатньо активні і між передачами повідомлень спостерігаються тривалі паузи. У реальних системах доля пауз може бути досить великою. Навіть у телефонних каналах мова займає менше половини часу заняття каналу, а при передачі даних при діалоговому обміні між користувачами комп'ютерів корисне навантаження складає одиниці відсотків від виділеної пропускної спроможності.

Комутація каналів здійснюється комутатором шляхом просторової або тимчасової комутації або їх комбінації. Режим комутації каналів у вузькосмугових мережах базується на принципі тимчасового розподілу каналів (Time Division Multiplexing, TDM). Цей спосіб також відомий як синхронний режим перенесення (Synchronous Transfer Mode, STM). При цьому інформація передається з певною частотою (8 біт кожні 125 мкс для швидкості 64 кбит/з або 1000 біт кожні 125 мкс для швидкості 8 Мбіт/с). Базисна одиниця такої частоти повторень називається тимчасовим інтервалом. Декілька з'єднань мультиплексуються в одному тракті (ланці передачі) шляхом об'єднання тимчасових інтервалів (слотів) в кадри (фрейми), які також повторюються з певною частотою. З'єднання (канал) завжди використовує один і той же часовий інтервал під час усього сеансу.

Комутація каналів є дуже негнучкою процедурою, оскільки тривалість тимчасового інтервалу однозначно визначає швидкість передачі в каналі зв'язку. Проте вимоги різних служб (див. гл. 10) до швидкості передачі можуть бути дуже різними - від дуже низьких до дуже високих. Тому було б доцільно надати в якості основної найвищу швидкість, наприклад 140 Мбіт/с, оскільки подібна швидкість здатна забезпечити потреби будь-якої служби. Але в цьому випадку служба, якій потрібна швидкість 1 кбіт/з, задіювала б такий канал на усю тривалість з'єднання, що, природно, призводить до дуже низької ефективності використання мережевих ресурсів. Щоб усунути цей недолік, був розроблений варіант комутації з ширшим діапазоном швидкостей, що дістав назву багатошвидкісної комутації каналів (Multirate Circuit Switching, MRCS).

Системи передачі MRCS використовують той же метод тимчасового розподілу, що і системи із звичайною комутацією каналів. Проте в одному з'єднанні може використовуватися більше за один цифровий канал, причому швидкість кожного каналу може бути кратної швидкості основного каналу. Це рішення прийняте до використання у вузькосмугових мережах для відеотелефонії. Відеокодеки, розроблені для таких мереж (згідно Рекомендації Н.261), можуть працювати на швидкості пх64 кбіт/з при числі каналів п < 30. Системи комутації, що забезпечують багатошвидкісну комутацію каналів, є складнішими в порівнянні з системами із звичайною комутацією каналів, оскільки усі канали окремих ланок, що утворюють з'єднання, мають бути синхронними. Іншою складною проблемою для таких систем є вибір базової (основний) швидкості. Якщо в якості основної вибрати мінімальну швидкість (1 кбіт/с), то для формування каналу, наприклад, для телевізійного мовлення високої чіткості (HDTV) знадобиться 140 тисяч цифрових каналів зі швидкістю 1 кбіт/с. Управління і забезпечення синфазності для усіх цих каналів при встановленні з'єднання стає практично нерозв'язним завданням. Якщо для зменшення складності в якості основного цифрового каналу вибирається канал зі значно більшою швидкістю, то ширина смуги пропускання, яка залишається невикористаною, виходить дуже великий, що призводить до дуже низької ефективності використання пропускної спроможності.

З метою підвищення ефективності використання мережевих ресурсів для служб зі швидкістю передачі, що змінюється, і високою пакетністю трафіку (нерівномірною щільністю пакетів) була запропонована концепція швидкої комутації каналів (Fast Circuit Switching, FCS). Ресурси в мережі FCS використовуються тільки тоді, коли передається інформація. Очевидно, що об'єднання ідей швидкої комутації і багатошвидкісної комутації каналів приводить до концепції багатошвидкісної швидкої комутації каналів (Multirate Fast Circuit Switching, MRFCS). На цьому принципі може бути сконструйований пристрій, що забезпечує можливість виділення каналів з різними швидкостями передачі інформації. Це дозволило б збільшити гнучкість мережі і підвищити ефективність використання мережевих ресурсів. Основним недоліком такого режиму перенесення інформації є складність реалізації системи управління, яка повинна дозволяти встановлювати і роз'єднувати наскрізні з'єднання абонент - абонент за дуже короткий інтервал часу.

Комутація з накопиченням - це сукупність операцій прийому на вузлах комутації (КК) повідомлення або його частини, накопичення та подальшої передачі повідомлення або його частини відповідно до вмісту в ньому (ній) адресою. В момент приходу сигналу по вхідному до КК каналу необхідний вихідний канал може виявитися зайнятим передачею інформації від іншого джерела. В такому випадку виникають альтернативні рішення: перше - повідомити джерело повідомлень про неможливість встановлення необхідного з'єднання в даний момент (системи з відмовами), друге - запам'ятати вхідне повідомлення і передати його в вихідний канал після звільнення останнього від передачі попереднього повідомлення (системи з очікуванням). Останній підхід реалізується в системі комутації з накопиченням.

При комутації з накопиченням пропускна здатність мережі не закріплюється на весь час сеансу зв'язку двох користувачів, а представляється їм лише по мірі необхідності при появі у них повідомлень для передачі. При цьому джерело інформації (користувач) може мати постійну прямий зв'язок зі своїм КК (іноді з декількома) і передавати на нього інформацію. Потім ця інформація поетапно передається через вузли комутації іншим абонентам, причому у випадку зайнятості вихідних каналів інформація запам'ятовується у вузлах і передається в міру звільнення каналів в потрібному напрямку. Такий підхід дозволяє значно підвищити ефективність використання пропускної здатності трактів мережі.

Існують два різновиди системи з накопиченням: система з комутацією повідомлень (КС) і система з комутацією пакетів (КП).

Процес передачі в мережі з КС представляється наступним алгоритмом:

1. Зухвалий абонент А передає у вузол комутації підлягає передачі повідомлення разом з умовним адресою абонента В.

2. У вузлі КС повідомлення запам'ятовується і по його адресою визначається канал, по якому воно має бути передано.

3. Якщо канал до сусіднього вузла КС вільний, то повідомлення негайно передається на сусідній вузол КС, в якому повторюється та ж операція.

4. Якщо канал до сусіднього вузла КС зайнятий, то повідомлення зберігається в пристроях пам'яті аж до звільнення каналу.

5. Що зберігаються повідомлення встановлюються в чергу за напрямками передачі з урахуванням категорії терміновості.

Метод КС широко застосовується на телеграфних мережах загального користування.

Метод комутації пакетів по своїй ідеології збігається з методом КС і відрізняється лише тим, що довгі повідомлення передаються не цілком, а розбиваються на відносно короткі частини - пакети. Розрізняють два способи (режиму) передачі пакетів: режим віртуальних з'єднань і дейтаграммний режим.

Віртуальні з'єднання - це по суті комутація каналів, але не безпосередньо, а через пам'ять керуючих комп'ютерів в центрах комутації пакетів. У віртуальній мережі, перш ніж почати передачу пакетів, одержувачу надсилається службовий пакет, що прокладає віртуальне з'єднання. У кожному вузлі цей пакет залишає розпорядження виду: пакети k-го віртуального з'єднання, що прийшли з i-го каналу, слід направляти в j-й канал. Таким чином, віртуальне (умовне) з'єднання існує тільки в пам'яті керуючого комп'ютера.

Дійшовши до одержувача, службовий пакет запитує у нього дозвіл на передачу, повідомивши, який обсяг пам'яті знадобиться для прийому. Якщо його комп'ютер розпорядженні такої пам'яттю і вільний, то посилається згода відправникові (також у вигляді спеціального службового пакета) на передачу повідомлення. Отримавши підтвердження, відправник приступає до передачі повідомлення звичайними пакетами. Пакети безперешкодно проходять один за одним по віртуальному з'єднанню (у кожному вузлі їх чекає інструкція, яка обробляється керуючим комп'ютером) і в тому ж порядку потрапляють одержувачу, де, звільнившись від надлишкової службової інформації (кінцевиків і заголовків), утворюють вихідне передане повідомлення.

Віртуальне з'єднання може існувати до тих пір, поки відправлений одним з абонентів спеціальний службовий пакет не зітре інструкції у вузлах. Режим віртуальних з'єднань ефективний при передачі великих масивів інформації і володіє всіма перевагами методів комутації каналів і пакетів.

У стандартних міжнародних протоколах передбачається два типи віртуальних каналу: постійний (Permanent Virtual Circuits, PVC) і комутований (Switched Virtual Circuits, SVC). Комутований віртуальний канал передбачає встановлення і ліквідацію каналу при кожному з'єднанні з розглянутого вище алгоритму. Постійний віртуальний канал закріплюється між двома абонентами на тривалий період часу за погодженням з адміністрацією мережі. При цьому відпадає необхідність організації та ліквідації каналу при кожній передачі. Зауважимо, що постійний віртуальний канал не означає наявність фізичної лінії між двома абонентами. Він являє собою лише зберігається в мережі процедуру передачі повідомлення через перепріемние пункти між даними користувачами.

Для коротких повідомлень ефективніший дейтаграммний режим. Термін «дейтаграмма» застосовують для позначення самостійного пакету, що рухається по мережі незалежно від інших пакетів. Отримавши дейтаграмму, вузол комутації направляє її в бік суміжного вузла, максимально наближеного до адресата. Коли суміжний вузол підтверджує отримання пакета, вузол комутації стирає його в своїй пам'яті. Якщо підтвердження не отримано, вузол комутації відправляє пакет в інший суміжний вузол і т.д., до тих пір, поки пакет не буде прийнятий. Всі вузли, що оточують даний, ранжуються за близькості до адресата. Перший ранг отримує найближчий до адресату вузол, другий - найближчий з інших і т.д. Дейтаграммний режим використовується, зокрема, в Інтернеті - протоколи UDP (User Datagram Protocol) і TFTP (Trivial File Transfer Protocol).

Швидка комутація пакетів (ШКП) є концепцією, основною ідеєю якої є пакетна комутація з мінімумом функцій, виконуваних вузлами комутації на рівні ланки з метою підвищення тимчасової прозорості мережі. За рекомендацією МСЕ такий режим переносу інформації називають ATM (Asynchronous Transfer Mode). У Росії, крім абревіатури ATM, в технічній літературі використовують терміни «асинхронний режим доставки» і «асинхронний режим переносу». Сутність ATM складається в транспортуванні всіх видів інформації пакетами фіксованої довжини (осередками), коли потоки осередків від різних користувачів асинхронно мультиплексуються в єдиному цифровому тракті. В якості протокольної одиниці в ATM прийнятий пакет фіксованою довжини, що включає заголовок (5 октет) та інформаційне поле (48 октет).

У загальному випадку ефективність використання пропускної здатності цифрових трактів зв'язку при застосуванні пакетів змінної довжини трохи вища, ніж при пакетах постійної довжини. Однак цей виграш не є визначальним. Варіант з пакетами постійної довжини більш кращий як за швидкістю роботи комутаційного обладнання, так і за обсягом буферного простору. Експерти МСЕ рекомендують використовувати пакети фіксованої довжини. Було запропоновано використовувати термін «осередок» (cell), щоб підкреслити прийняту фіксовану довжину пакета. На вибір довжини комірки вплинули наступні основні чинники: ефективність використання пропускної здатності цифрових трактів; складність реалізації та ін. Вчені Європи, США та Японії поступово дійшли компромісу, і довжина комірки (пакета) була прийнята рівною 53 октетам (53x8). Застосування коротких пакетів, мінімізація функцій, виконуваних при комутації та використання елементної бази на сучасних технологіях дозволили досягти продуктивності комутаторів АТМ 10 Гбіт / с і більше.

Основними позитивними сторонами АТМ є можливості транспортування по мережі інформації будь-якої служби незалежно від швидкості передачі, вимог до семантичної та тимчасової прозорості мережі і пачкового трафіку осередків.

Отже, кожен з розглянутих методів і способів комутації має свою область застосування, зумовлену його особливостями. Вибір методів комутації є досить складним оптимізаційним завданням. Вона вирішується виходячи з вимог до транспортної мережі, які в свою чергу визначаються особливостями трафіку, класом користувачів і показниками якості їх обслуговування. Часто доцільно поєднувати різні методи комутації на мережах, які об'єднують велику кількість користувачів з відмінними один від одного величинами навантаження, характером її розподілу в часі, обсягами повідомлень, використовуваної кінцевої апаратури.