чертеж, снимок или текст на специальном бланке. При передаче сообщений по компьютерной сети сообщения, как правило, записываются на жесткий диск компьютера.

1.1.5. Топология сетей связи

Общие свойства сетей связи, такие как надежность, экономическая эффективность, пропускная способность, или объем потоков информации, удобно изучать, если сеть изображена в виде структуры, в которой опущены второстепенные детали. Структура построения сети электросвязи, т. е. конфигурация физических соединений ее элементов, называется топологией сети связи. Таким образом, под топологией сети понимается условное графическое изображение совокупности элементов сети связи. Элементами сети являются пункт (узел) и линия связи. В структуре сети этим элементам соответствуют вершина и ребро ((ветвь) рис. 1.2, а). Таким образом, сеть связи отображается как совокупность узлов и ребер. Последовательно соединенные ребра сети образуют пути.

Различают следующие основные типы структур сетей. Полносвязная сеть (рис. 1.2, б) – это сеть, в которой каждый узел имеет прямые связи со всеми остальными узлами, т. е. соединение по принципу «каждый с каждым». Все остальные топологии относят к неполносвязным.

Полносвязная топология обеспечивает наибольшую надежность сети, так как при повреждении на отдельном участке можно организовать обходное соединение.

Наиболее простой вариант структуры сети – это общая шина (рис. 1.2, в), когда все узлы подключаются к одной «общей» линии связи. В данном случае используется так называемая широковещательная передача, т. е. сигнал от какого-либо узла сети поступает одновременно ко всем остальным узлам. Главным достоинством подобной топологии является простота построения и расширения сети, а основными недостатками – невысокая производительность, обусловленная тем, что в каждый момент времени может передавать информацию лишь один узел, и низкая надежность.

18

Радиальная сеть (данную топологию также называют звезда), в которой связь между станциями осуществляется через один центральный узел, показана на рис. 1.2, г. Значимым недостатком такой топологии является невозможность организации обходных путей.

2

1

2

Рис. 1.2. Структура построения сетей электросвязи:

а) элементы сети; б) полносвязная; в) общая шина; г) радиальная; д) радиально-узловая; е) сетевидная; ж) кольцо

В древовидной сети (топология радиально-узловая или иерархическая звезда) между любыми двумя узлами имеется только один путь. Такая сеть строится обычно на большой территории. Связь при этом организуется через коммутационные узлы двух и более классов (рис. 1.2, д). Такую топологию имеют, например, зоновые сети. К ней добавляется принцип соединения «каждый с каждым» для групп АТС.

Существует комбинированный метод построения сети, при котором узлы первого класса соединяются между собой по принципу «каждый с каждым». Это обеспечивает высокую надежность сети, так как выход из строя одной станции не нарушает работы сети.

Магистральные сети связи строятся по сетевидной топологии (рис. 1.2, е), в которой каждый узел связан со смежными ближайшими

19

узлами. При этом между любыми сетевыми узлами имеются, по крайней мере, два-три независимых пути соединения. Одной из разновидностей сетевидной сети является решетчатая сеть.

При построении сетей часто используется рокадный (в буквальном переводе – круговой) принцип прохождения связей (рис. 1.2, ж).

При этом наибольшую надежность обеспечивает структура, которая получила название двойное кольцо. Такая сеть строится на основе двух колец, образующих основной и резервный пути передачи сигналов между узлами сети. Узлы сети подключаются к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сигналы проходят через все узлы и участки одного кольца. Другое кольцо в этом режиме не используется. В случае какоголибо отказа, когда часть первичного кольца не может передавать сигналы (например, при обрыве кабеля или отказе узла), первичное кольцо объединяется со вторичным (рис. 1.3), образуя вновь единое кольцо.

Для упрощения этой операции сигналы по первичному кольцу передаются всегда против часовой стрелки, а по вторичному – по часовой, поэтому при обра-

зовании общего кольца из двух колец передатчики станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию сосед-

ними станциями.

ЕСЭ РФ имеет разнообразную топологию. Развитие ЕСЭ идет в направлении внедрения новых кольцевых структур. Сложность обновления конфигурации сети связана с ее инерционностью ввиду долгого срока службы действующих линий и необходимости больших материальных затрат на коренную перестройку сети. В связи с этим спектр новых топологий наиболее широко представлен на вновь строящихся телекоммуникационных сетях.

Важнейшей характеристикой структуры сети является ее связность, которая определяется как минимальное число независимых путей между двумя узлами. Так, для сети, изображенной на рис. 1.4 связность между узлами А и Г равна двум, так как независимыми путями

20

будут А-Б-В-Г и А-Д-Е-Г. Чем больше независимых путей, тем сеть надежнее, но тем она и дороже. Выбор топологии сети при проектиро-

преобразование любой информации (речи, музыки, изображения, текста, газетной полосы и т. д.) в сигналы электросвязи;

пространственный перенос сигналов электросвязи из одного пункта в другой;

выбор путей прохождения сигналов электросвязи; обратное преобразование сигналов к исходному виду.

Преобразование информации осуществляется в оконечных абонентских устройствах. Пространственный перенос сигналов электросвязи осуществляет транспортная сеть по каналам, которые формируются в системах передачи. Непрерывный путь по каналу от одного абонентского устройства до другого обеспечивается с помощью устройств коммутации, установленных на узлах связи, которые формируют из отдельных участков сети целостный канал.

1.1.6.Эталонная модель взаимодействия открытых систем

Внастоящее время практически все сети строятся на основе моделей, хотя эвристический подход тоже не исключается. Наибольшее распространение получила так называемая эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI – Open System Interchange). Открытость системы означает, что ее ресурсы доступны другим системам благодаря совместному использованию стандартных правил обмена информацией.

Модель OSI предложена Международной организацией стандартов

в1984 г. Она определяет взаимодействие открытых систем, выпускаемых

21

разными изготовителями, координирует взаимодействие прикладных процессов, формы представления данных, управление сетевыми ресурсами, защиту информации от ошибок, а возможно и исправление ошибок.

Все функции в сети разделены на семь уровней (рис. 1.5). Вышестоящие уровни выполняют более сложные функции и используют при этом нижестоящие уровни. Нижестоящие уровни предоставляют услуги вышестоящим уровням. Таким образом, любая пара соседних уровней может рассматриваться как пара «клиент – сервер», где вышестоящий уровень, формирующий запрос, является клиентом, а нижестоящий уровень, отвечающий на данный запрос, выполняет функции сервера. Правила обмена информацией между соседними уровнями в одном узле принято называть интерфейсом.

Физическая среда

Рис. 1.5. Путь информации от абонента к абоненту

Верхний уровень обеспечивает обработку приложений, в то время как нижний уровень организует передачу сигнала по каналу связи. При этом между одинаковыми уровнями в разных узлах образуются виртуальные каналы связи. Реальная же связь организуется только на самом нижнем, физическом уровне. Правила обмена информацией между одинаковыми уровнями в разных узлах принято называть протоколом.

Пусть приложение обращается с запросом к прикладному уровню, например, к файловой службе.

22

На основании этого запроса программное обеспечение прикладного уровня формирует сообщение стандартного формата (рис. 1.6). Обычное сообщение состоит из заголовка и поля данных. Заголовок содержит служебную информацию, которую необходимо передать через сеть прикладному уровню машины-адресата, чтобы сообщить ему, какие функции необходимо выполнить.

7 6 5 4 3 2 1

Рис. 1.6. Модель взаимодействия открытых систем

В данном случае заголовок, очевидно, должен содержать информацию о месте нахождения файла и о типе операции, которую необходимо над ним выполнить.

23

После формирования сообщения прикладной уровень направляет его вниз по стеку представительному уровню. Протокол представительного уровня на основании информации, полученной из заголовка прикладного уровня, выполняет требуемые действия и добавляет

ксообщению собственную служебную информацию – заголовок представительного уровня, в котором содержатся указания для протокола представительного уровня машины-адресата. Полученное в результате сообщение передается вниз – сеансовому уровню, который в свою очередь, добавляет свой заголовок и т. д. Наконец, сообщение достигает самого нижнего, физического уровня, который и передает его по линиям связи.

При поступлении сообщения на машину-адресат ее физический уровень принимает его. Далее оно последовательно перемещается вверх

суровня на уровень. Каждый уровень анализирует и обрабатывает заголовок своего уровня, выполняя соответствующие данному уровню функции, затем удаляет этот заголовок и посылает сообщение вышестоящему уровню.

Физический уровень имеет дело с передачей битов по физическим линиям связи, таким, например, как коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или радиосреда. Данный уровень управляет средствами организации физического соединения, идентифицирует каналы, обнаруживает повреждения канала и передает эту информацию объектам канального уровня. Информация, передаваемая по физической цепи на этом уровне, не подвергается преобразованиям.

Канальный уровень определяет правила передачи блоковых данных по физическому звену связи. Этот уровень отвечает за обнаружение и исправление ошибок, возникающих из-за помех в канале связи, формирование сообщений о неустранимых ошибках на вышестоящий уровень, слежение за скоростью обмена данных. С этой целью на канальном уровне биты группируются в наборы, называемые кадрами. Канальный уровень обеспечивает корректность передачи каждого кадра, добавляя

ккадру специальную контрольную последовательность битов.

При получении кадра адресат снова вычисляет контрольную последовательность. Если принятая с кадром и вычисленная контрольные последовательности совпадают, кадр считается правильным и принимается. Если же они не совпадают, то фиксируется ошибка. Канальный

24

уровень может не только обнаруживать ошибки, но и исправлять их за счет повторной передачи поврежденных кадров. Однако необходимо отметить, что функция исправления ошибок не является обязательной для канального уровня, поэтому в некоторых протоколах этого уровня она отсутствует, например, в сетях Ethernet и Frame relay.

Сетевой уровень служит для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, причем эти сети могут использовать различные принципы передачи сообщений между конечными узлами и обладать произвольной структурой связей.

Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим канальным уровнем, а доставкой данных между сетями занимается сетевой уровень, который и поддерживает возможность правильного выбора маршрута передачи сообщения даже в том случае, когда структура связей между составляющими сетями имеет характер, отличный от принятого в протоколах канального уровня.

Сети соединены между собой устройствами, называемыми маршрутизаторами. Маршрутизатор – устройство, которое собирает информацию о топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты сетевого уровня в сеть назначения. Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией, и ее решение является одной из главных задач сетевого уровня. Данная проблема осложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту. Оно зависит от пропускной способности каналов связи и интенсивности трафика, которая может изменяться с течением времени. Некоторые алгоритмы маршрутизации стремятся адаптироваться к изменению нагрузки, в то время как другие принимают решение на основе средних показателей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по другим критериям, например, надежности передачи.

На этом уровне решаются такие задачи и проблемы, связанные с сетевым трафиком, как коммутация пакетов и перегрузки. Если сеть не может передавать большие блоки данных, посланные компьютеромотправителем, то на сетевом уровне эти блоки разбиваются на меньшие, а сетевой уровень компьютера-получателя собирает эти данные в исходное состояние.

25

Транспортный уровень предназначен для управления сквозной транспортировкой сообщений между пользователями. Основной задачей транспортного уровня является обеспечение гарантированной доставки пакетов без ошибок, в той же последовательности, без потерь и дублирования. На этом уровне выбирается тип коммуникаций – коммутация каналов, пакетов, сообщений, формируется стандартное транспортное сообщение из входных данных. Протоколы транспортного уровня совместно с протоколами сетевого, канального и физического уровней формируют транспортную сеть.

Сеансовый уровень создает стандарт сеанса и контролирует его соблюдение. На этом уровне обеспечивается управление диалогом между взаимодействующими процессами, т. е. регулируется, какая из сторон осуществляет передачу, когда, как долго и т. д. В случае прерывания сеанса протоколы этого уровня обеспечивают его восстановление без потерь, либо извещают операторов о невозможности дальнейшей работы.

Представительный уровень имеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. Этот уровень обеспечивает работу прикладного уровня, осуществляя систематическую согласованность процессов, организует необходимое представление данных, осуществляет преобразование символьных потоков, управляет сжатием данных для уменьшения передаваемых битов. На этом же уровне может выполняться шифрование и засекречивание данных.

Прикладной уровень – самый верхний уровень модели представляет собой окно для доступа прикладных процессов к сетевым услугам.

Функции всех уровней модели OSI можно разбить на две группы: функции, зависящие от конкретной технической реализации сети и функции, ориентированные на работу с приложениями.

Три нижних уровня – физический, канальный и сетевой являются сетезависимыми, т. е. протоколы этих уровней связаны с технической реализацией сети и используемым коммуникационным оборудованием.

Три верхних уровня – прикладной, представительный и сеансовый ориентированы на приложения и мало зависят от технических особенностей построения сети. На протоколы этих уровней не влияют какие бы

26