Одесса 2000

УДК 681.518 (032)

Никитюк Л.А. Архитектура информационных сетей: Учеб. пособие / Под ред. Н.В. Захарченко – Одесса: Изд. УГАС им. А.С. Попова, 2000. – 62 с.

Рецензент: докт. физ.-мат. наук Ш.Д. Курмашев

Систематизирована современная терминология, используемая в области информационных сетей. Изложены методологические принципы, на которых базируется полное описание архитектуры информационной сети в таких ее аспектах, как топология, организационная структура, функциональная модель, программная структура и протокольная модель. Рассмотрены особенности построения основных сегментов информационных сетей: LAN, MAN и WAN, принципы организации сетей доступа.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Телекоммуникации».

ОДОБРЕНО на заседании кафедры Сетей связи Протокол № 16 от 6.07.99

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

1 Общие понятия и определения

1.1 Сети и системы телекоммуникаций

Вся история человечества неразрывно связана с развитием различных коммуникаций: информационных, почтовых, железнодорожных, воздушных и т.п.

Коммуникация (Communication) – емкое понятие, которое означает

сообщение, связь, а также средства сообщения и связи. Средства,

обеспечивающие возможность сообщения (организации связи) на значительном расстоянии, определяются общим понятием телекоммуникации (теле- в переводе с древнегреческого означает далеко).

Совокупность коммуникаций и объединяющих их узлов, которые обеспечивают взаимодействие множества удаленных объектов как единого целого, образует телекоммуникационную сеть. Телекоммуникационную сеть еще называют просто сеть связи. Мы будем использовать оба эти понятия, которые являются синонимами.

Телекоммуникационная сеть (сеть связи) является базовым связующим компонентом любой территориально-распределенной системы. Понятие

система характеризует сложность объекта (многочисленность и неоднороднос ть элементов, связей между ними), а понятие распределенная – его сетевую структуру. Основываясь на этих понятиях, дадим ряд определений.

Система связи в общем случае представляет собой сложный комплекс технических, технологических и организационных средств, с помощью которых реализуется процесс предоставления услуг связи пользователям.

Предоставление услуг связи включает в себя транспортировку на значительные расстояния информационных сообщений, а также писем, бандеролей, посылок, денежных переводов и периодических изданий.

Поскольку технические и технологические возможности транспортировки информации отличаются от транспортировки других видов отправлений, в телекоммуникационном аспекте системы связи принято разделять на системы электросвязи и системы почтовой связи. В отличие от систем почтовой связи, где коммуникации реализуются использованием транспортных средств, а почтовые отправления перемещаются и обрабатываются в своем изначальном виде, в системах электросвязи, где используются различные физические процессы, выполняющие роль переносчиков информации, сами информационные сообщения подвергаются многократным преобразованиям.

Под информационным сообщением понимают форму представления информации, в которой ее удобно передавать на расстояние. Информацион ные сообщения, как известно, подразделяются на аудио (звуковые сообщения), видео

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

(подвижные и неподвижные оптические сообщения) и данные (компьютерные сообщения).

Для каждого вида информационных сообщений традиционно использовался конкретный способ передачи в сети, характеризуемый принципом преобразования сообщения в сигнал и типом коммуникаций (формой связи).Так, для передачи аудиоинформации принятой формой связи служит телефония (что означает в переводе с греческого «звук издалека»). Для передачи неподвижных изображений используется факсимиле (в переводе с латинского – «сделать подобное»), для подвижных изображений – телевидение («видение на расстоянии», греческий). Данные относятся к типу кодированных сообщений, способ передачи которых основан на представлении каждого информационного элемента (буквы, знака, цифры) в виде кодовой комбинации, передаваемой в форме сигнала по сети. Для кодированных сообщений используются

телеграфный способ передачи и передача данных. В последнее время используются и так называемые многосредные формы связи – мультимедиа (Multy – много, Media – среда, англ.) для одновременной передачи звука, изображения и данных.

В зависимости от формы связи телекоммуникационные системы можно разделить на системы телефонной связи, системы факсимильной связи, системы телевизионного вещания, системы телеграфной связи, системы передачи данных

ит. п.

Сучетом среды передачи (медь, эфир, оптическое волокно) системы связи подразделяются на системы кабельной связи и системы оптической связи,

объединяемые общим названием системы проводной связи (с использованием направляющих сред) и системы беспроводной связи, где для передачи сигналов используется эфир. Существует и ряд других классификаций систем связи, приводить здесь которые не имеет смысла, так как они представляют интерес лишь в конкретных аспектах рассмотрения. В данном случае нам важно подчеркнуть, что именно объединяет все эти системы в общее понятие системы телекоммуникаций. В качестве основных можно выделить следующие положения.

1 Общее назначение всех систем связи – предоставление услуг связи пользователям.

2 Все системы связи относятся к типу распределенных систем, основным компонентом которых является телекоммуникационная сеть, что позволяет использовать общие принципы структурной оптимизации таких систем.

3 Системы связи, как и любые сложные системы, не могут рассматриваться изолированно от внешней среды. Под внешней средой понимают множество элементов любой природы, существующих вне системы и оказывающих на нее определенные воздействия. К числу таких элементов

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

по отношению к любой системе связи можно отнести, например, пользователей. Они определяют требования по объему потребляемых услуг, их перечню, качеству и тем самым оказывают воздействие на систему связи.

Следует отметить, что само понятие «система» обладает некоторой абстракцией по отношению к реальному объекту, который с ней ассоциируется, и может трактоваться как модель объекта. Модель позволяет отразить наиболее важные компоненты объекта и опустить несущественные, с точки зрения цели его рассмотрения, детали. В этом плане один и тот же объект может характеризоваться различными системами, в зависимости от аспектов его рассмотрения. Так, если рассматривать систему связи в плане повышения эффективности производственного процесса по оказанию услуг связи населению, ее можно отождествлять с технико-экономической системой. Исследуя прохождение сигналов в системе связи, необходимо представить ее на уровне технических и аппаратных средств, т. е. моделью технической системы и т. д.

Сети, рассматриваемые как самостоятельные объекты, также как и системы связи, могут быть классифицированы в зависимости от используемых средств как

сети электросвязи, и сети почтовой связи. Телекоммуникационные сети целесообразно разделять по типу коммуникаций (сети телефонной связи, сети передачи данных т. д.) и рассматривать при необходимости в различных аспектах (технико-экономическом, технологическом, техническом и др.).

Дальнейшие наши рассуждения касаются рассмотрения информационных сетей. Информационные сети помимо выполнения чисто телекоммуникационных функций обладают еще целым рядом возможностей, связанных с накоплением, хранением, переработкой всех видов информации и обеспечивают механизмы эффективного ее поиска в любом месте и в любое время.

1.2 Понятие информационной сети

Информационные сети предназначены для предоставления пользователям услуг, связанных с обменом информацией, ее потреблением, а также обработкой, хранением и накоплением.

Потребитель информации, получивший доступ к информационной сети , становится ее пользователем (User). В качестве пользователей могут выступать как физические лица, так и юридические (фирмы, организации, предприятия).

В общем случае под информационной сетью будем понимать совокупность территориально рассредоточенных оконечных систем и объединяющей их телекоммуникационной сети, обеспечивающую доступ прикладных процессов любой из этих систем ко всем ресурсам сети и их совместное использование.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Прикладной процесс (Application Process) – это процесс в оконечной системе сети, выполняющий обработку информации для конкретной услуги связи или приложения. Так, пользователь, организуя запрос на предоставление той или иной услуги, активизирует в своей оконечной системе некоторый прикладной процесс.

Оконечные системы информационной сети могут быть классифицированы

как:

терминальные системы (Terminal System), обеспечивающие доступ к сети и ее ресурсам;

рабочие системы (Server, Host System), предоставляющие сетевой сервис (управление доступом к файлам, программам, сетевым устройствам, обслуживание вызовов и т.д.);

административные системы (Management System), реализующие управление сетью и отдельными ее частями.

Ресурсы информационной сети подразделяются на информационные,

ресурсы обработки и хранения данных, программные, коммуникационные

ресурсы.

Информационные ресурсы представляют собой информацию и знания, накапливаемые во всех областях науки, культуры и жизнедеятельности общества, а также продукцию индустрии развлечений. Все это систематизируется в сетевых банках данных, с которыми взаимодействуют пользователи сети. Эти ресурсы определяют потребительскую ценность информационной сети и должны не только постоянно создаваться и расширяться, но и вовремя обновляться. Устаревшие данные должны сбрасываться в архивы. Пользование сетью обеспечивает возможность получать актуальную информацию, и именно тогда, когда в ней возникает необходимость.

Ресурсы обработки и хранения данных – это производительности процессоров сетевых компьютеров и объемы памяти их запоминающих устройств, а также время, в течение которого они используются.

Программные ресурсы представляют собой программное обеспечение, участвующее в предоставлении услуг и приложений пользователям, а также программы сопутствующих функций. К последним относятся: выписка счетов, учет оплаты услуг, навигация (обеспечение поиска информации в сети), обслуживание сетевых электронных почтовых ящиков, организация моста для телеконференций, преобразование форматов передаваемых информационных сообщений, криптозащита информации (кодирование и шиф рование), аутентификация (электронная подпись документов, удостоверяющая их подлинность).

Коммуникационные ресурсы – это ресурсы, участвующие в транспортировке информации и перераспределении потоков в

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

коммуникационных узлах. К ним относятся емкости линий связи, коммутационные возможности узлов, а также время их занятия при взаимодействии пользователя с сетью. Они классифицируются в соответствии с типом телекоммуникационных сетей: ресурсы коммутируемой телефонной сети общего пользования (КТСОП), ресурсы сети передачи данных с коммутацией пакетов, ресурсы сети мобильной связи, ресурсы наземной вещательной сети, ресурсы цифровой сети интегрального обслуживания (ЦСИО) и т. д.

Все перечисленные ресурсы информационной сети являются разделяемыми, т. е. могут использоваться одновременно несколькими прикладными процессами. Разделяемость при этом может быть как фактической, так и имитируемой.

Базовым компонентом, ядром информационной сети, является телекоммуникационная сеть. Уточним это понятие при рассмотрении его в рамках информационной сети.

Телекоммуникационная сеть TN (Telecommunication Network) представляет собой совокупность технических средств, обеспечивающих передачу и распределение потоков информации при взаимодействии удаленных объектов.

В качестве удаленных объектов могут выступать как оконечные системы информационных сетей, так и отдельные локальные и территориальные сети.

Телекоммуникационные сети принято оценивать рядом показателей, отражающих в целом возможность и эффективность транспортировки информации в них.

Возможность передачи информации в телекоммуникационной сети связана со степенью ее работоспособности во времени, т. е. выполнения заданных функций в установленном объеме на требуемом уровне качества в течение определенного периода эксплуатации сети или в произвольный момент времени.

Работоспособность сети связана с понятиями надежности и живучести. Различия этих понятий обусловлены прежде всего различиями причин и факторов, нарушающих нормальную работу сети, и характером нарушений.

Надежность сети связи характеризует ее свойство обеспечивать связь, сохраняя во времени значения установленных показателей качества в заданных условиях эксплуатации. Она отражает влияние на работоспособность сети главным образом внутренних факторов – случайных отказов технических средств, вызываемых процессами старения, дефектами технологии изготовления или ошибками обслуживающего персонала.

Показателями надежности являются, например, отношение времени работоспособности сети к общему времени ее эксплуатации, число возможных независимых путей передачи информационного сообщения между парой пунктов, вероятность безотказной связи и т. д.

Живучесть сети связи характеризует ее способность сохранять полную или частичную работоспособность при действии причин, кроющихся за пределами

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

сети и приводящих к разрушениям или значительным повреждениям некоторой части ее элементов (пунктов и линий связи). Подобные причины можно разделить на два класса: стихийные и преднамеренные. К стихийным факторам относятся такие, как землетрясение, оползни, разливы рек и т. п., а к преднамеренным – ракетно-ядерные удары противника, диверсионные действия и др.

Показателями живучести могут выступать: вероятность того, что между любой парой (заданной парой) пунктов сети можно передать ограниченный объем информации после воздействия поражающих факторов; минимальное количество пунктов, линий (или тех и других) сети, выход из строя которых приводит к несвязной сети относительно произвольной пары пунктов; среднее число пунктов, остающихся связными при одновременном повреждении нескольких линий связи.

Пропускная способность. В тех случаях, когда сеть не может обслужить (реализовать) предъявляемую нагрузку, имеет смысл говорить об объеме реализованной нагрузки в сети.

Величина реализованной нагрузки определяется пропускной способностью сети связи. В ряде случаев пропускную способность можно оценить количественно. Например, можно оценить величину максимального потока информации, который можно пропустить между некоторой парой пунктов (источник-сток), или определить пропускную способность сечения сети, являющегося самым узким местом при разделении сети между источником и стоком на две части.

Оценка пропускной способности в большой степени связана с параметрами качества обслуживания, так как реализация предъявляемой нагрузки в сети должна осуществляться с заданными параметрами качества.

Качество обслуживания будем понимать как совокупность характеристик, определяющих степень удовлетворения пользователя сети. К указанным характеристикам относятся эксплуатационные характеристики сети (скорость передачи информации, вероятность ошибок и т. п.), показатели удобства пользования услугами, полноты услуг (эти показатели обычно оцениваются в балах) и др.

Рентабельность и стоимость. Телекоммуникационная сеть является рентабельной, если затраты на ее организацию и обеспечение работоспособности окупаются тем экономическим эффектом, который дают предоставляемые пользователям с ее помощью услуги. Основной экономической характеристикой сети связи являются приведенные затраты (общественные затраты), которые определяются стоимостью сети, стоимостью ее эксплуатации и управления.

1.3 Услуги информационной сети, службы и платформы предоставления услуг

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Обслуживание пользователей со стороны информационной сети осуществляется путем предоставления услуг и приложений.

Услуга (Service) – это то, что предлагается сетью пользователю с целью удовлетворения его коммуникационных потребностей. Услуга характеризуется однократным потреблением и стоимостью, зависящей от ее вида и качества. Отправка информационного сообщения по электронной почте, сеанс телефонной связи, передача телексного или факсимильного сообщения являются примерами покупки услуг.

Приложение (Application) подобно понятию услуги, но, в отличие от последней, предоставляется пользователю в виде конечного продукта, который может многократно использоваться. Например, приобретение компакт-диска с обучающим курсом, специального пакета программ, требуемых для реализации услуг мультимедиа с их инсталляцией на включенном в сеть компьютере, являются примерами покупки приложений.

Примечательно, что услуги традиционно предоставлялись индустрией электросвязи, в то время как бурно развивающаяся индустрия информационных технологий изначально стала предоставлять приложения.

Эффективность обслуживания пользователей сетью характеризуется шириной спектра предоставляемых услуг и приложений, а также степенью легкости и быстроты доступа к информации. Всех пользователей можно разделить на три категории, каждая из которых предъявляет свой собственный набор требований к сети: люди на рабочем месте в учреждении, люди дома и люди в дороге.

В учреждении из всех видов услуг наиболее потребляемыми являются услуги телефонии, дополненные секретарскими услугами (например, накопление информации о поступивших вызовах, извещение о номере вызывающего абонента и т. п.), услуги аудио- и видеоконференц-связи, голосовой почты, а также услуги, связанные с передачей текстов, данных, факсимильных сообщений.

Требования к услугам связи в домашнем хозяйстве предъявляются не в таком объеме, как в учреждении, но все же достаточно отчетливы и обусловлены следующими факторами.

Увеличивается количество частных деловых мероприятий (взаимодействие с банком, страховой компанией, приобретение товаров), растет свободное время, возрастает потребность в безопасности. К наиболее потребляемым в быту относятся такие услуги и приложения, как видео по запросу, услуги индустрии развлечений (игры, музыкальные шоу), образования, телефонии, электронной почты, предоставление информации по запросу, дистанционное управление и контроль коммунальных систем и домашней аппаратуры, оповещение об опасности, аварийных вызовов. В последнее время возник также интерес к услугам мультимедиа (одновременной передачи изображения, звука и данных).

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Подвижные абоненты потребляют в основном услуги телефонии, однако немаловажное значение имеет и получение информации по запросу (например, о состоянии дорожного движения, карт и плана города для ориентации, возможных мест парковки транспорта и т. п.).

Для предоставления услуг пользователям организуются специальные сетевые службы.

Службой сети называется организационно-технический комплекс, реализующий форму связи, которая требуется для предоставления конкретного вида услуг.

В раннем периоде развития связи для предоставления пользователям традиционных коммуникационных услуг конкретного вида и обеспечения требуемой для этого формы связи строились отдельные, специально для этого предназначенные сети. Примерами таких сетей являются коммутируемая телефонная сеть общего пользования (КТСОП), телеграфная сеть общего пользования (ТлгОП), общегосударственная сеть передачи данных (сеть ПД), сеть факсимильной связи, сеть передачи программ телевизионного вещания и т.п. На этом этапе понятие службы по существу идентифицировалось с назначением и типом сети.

С появлением так называемых телематических служб понятие службы приобретает более конкретный и самостоятельный смысл.

Телематические службы являются примером расширения спектра услуг на базе существующих сетей. К таким службам относятся: телефакс (использование каналов телефонной сети для факсимильного способа передачи сообщения), датафакс (использование каналов сети передачи данных для факсимильного способа передачи), телекс (объединение возможностей конторской пишущей машинки с передачей текстовых сообщений по каналам сетей электросвязи), видеотекс (информационно-справочная служба, обслуживающая запросы пользователей на информацию из банков данных), телетекст (дополнение TV программ информацией, передаваемой во время обратного хода луча кадровой развертки телевизионного сигнала). Организация телематической службы связана с выбором некоторой платформы предоставления услуг, использующей ресурсы, как правило, уже существующих сетей.

Платформой предоставления услуг называется совокупность объединенных ресурсов сети, участвующих в производстве и предоставлении услуг.

При формировании платформы предоставления услуг могут быть задействованы ресурсы сетей общего пользования и частных сетей. Юридическое лицо (государственная структура или частная компания), которое является собственником сети, обеспечивает ее эксплуатацию и требуемый уровень показателей ее работоспособности, называется оператором сети.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

При организации платформы услуг могут быть использованы ресурсы сетей нескольких операторов, заключивших между собой коммерческие соглашения. Кроме того, сетевые ресурсы, принадлежащие одному и тому же оператору, могут быть задействованы в различных платформах предоставления услуг.

Организация предоставления конкретных услуг может осуществляться частной компанией, не являющейся собственником сети, которая формирует платформу предоставления услуг путем аренды сетевых ресурсов (например, выделенных каналов связи) у операторов сети. Такая компания также является юридическим лицом, с которым пользователь устанавливает коммерческое соглашение на предоставление услуг и приложений, и называется провайдером

(Service Provider), или поставщиком услуг. Примером являются Internet

провайдеры на Украине. Провайдеры, в отличие от операторов сети, более гибко реагируют на конъюнктуру рынка услуг связи.

На этапе цифровизации сетей электросвязи появилась возможность предоставления различных услуг на базе единой интегрированной сети как общей телекоммуникационной среды для передачи любых информационных сообщений, представленных в цифровом коде. Это повлекло за собой интеграцию и самих служб, и, как итог, – появление цифровых сетей с интеграцией служб ISDN

(Integration Service Digital Network).

С точки зрения пользователя, услуги в интегральной сети можно классифицировать следующим образом:

телекоммуникационные услуги (телефония, передача данных, телефакс, телетекс, аудио- и видеоконференц-связь);

информационные услуги (видеотекс, видео по запросу, телетекст);

услуги развлечений (предоставление продукции индустрии развлечений);

услуги, базирующиеся на информации (приобретение товаров на дому,

когда по запросу пользователя организуется доставка товара на дом).

Следует отметить, что услуги, предоставляемые пользователям сети, могут предлагаться им в ординарной форме (со стандартным набором функций) либо с расширенным набором функций, обеспечивающим повышение их качества и удобства связи, например, сокращенный набор номера для вызываемых абонентов, извещение о поступлении вызова с индикацией, переадресация вызова, перевод оплаты (или ее части) за услуги вызываемому абоненту, указание даты и времени при установлении соединения, выявление абонентов, осуществляющих злонамеренные вызовы и т. п.

Расширение функций предоставляемых услуг обеспечивается организацией в сети так называемых дополнительных видов обслуживания (ДВО). ДВО используются только при соответствующей заявке пользователя и могут быть различными для разных групп абонентов. Разделение видов обслуживания на

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

основные и дополнительные позволяет организовать новый принцип предоставления услуг пользователям, при котором услуга основного вида может дополняться одним или несколькими ДВО, в зависимости от запроса пользователя. Реализация ДВО в сети в виде выделенной надстройки получила название интеллектуализации сети, так как при этом предусматривается широкое использование элементов искусственного интеллекта в виде экспертных

использовании в качестве технической основы ISDN.

Концепция интеллектуальной сети IN предусматривает большой динамизм спектра предоставляемых услуг, при котором становится уже целесообразным классифицировать отдельные компоненты услуг и приложений, позволяющие компоновать любой вид услуги по запросу пользователя из указанных компонентов как независимых от вида обслуживания и друг от друга

функциональных блоков SIB (Service Independent Block).

Появление интегральной сети ISDN потребовало проведения больших работ по стандартизации и международным соглашениям. Международные рекомендации в этой области разрабатываются Сектором по стандартизации телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи МСЭ-Т (INU-T), ранее именуемого Международным Консультативным Комитетом по Телеграфии и Телефонии МККТТ (CCITT). МККТТ рекомендовал классифицировать службы в интегрированной сети на две группы, не зависящие от форм связи, основываясь на степени полноты охвата стандартизацией функций служб: службы передачи и телеслужбы.

Службы передачи обеспечивают транспортировку информации с соблюдением установленных правил только между опорными точками интегральной сети (точками подключения абонентов) и не несут ответственности за совместимость функций связи оконечных устройств пользователей. Ответственность в данном случае целиком лежит на пользователях, которые приобретают эти устройства.

Телеслужбы предназначены для организации связи пользователь– пользователь с поддержанием функций оконечных устройств, обеспечивая их совместимость. Телефония, телетекс, телефакс, видеотекс являются примерами телеслужб в рассматриваемой классификации.

Существует еще одна классификация служб, не зависящая от формы связи и функций оконечных устройств. МККТТ выделяет в этой связи две категории служб: интерактивные и дистрибутивные (с разветвленным режимом работы или вещательные) службы.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Интерактивные службы охватывают следующие классы служб: диалоговые службы, службы с накоплением и службы по запросу.

Диалоговые службы обеспечивают двусторонний обмен информацией в реальном масштабе времени (без промежуточного накопления) между пользователями или между пользователем и ЭВМ. В диалоговом режиме могут предоставляться услуги и при необходимости телефонии, телекса, телефакса, передачи данных.

Службы с накоплением предназначаются для непрямой связи между пользователями с помощью промежуточного хранения информационных сообщений. Промежуточное хранение производится в центральных устройствах сети, так называемых электронных почтовых ящиках, из которых сообщения могут извлекаться адресатами либо автоматически переправляться сетью абоненту в соответствии с его условиями, например во время действия льготных тарифов. Службы с накоплением могут использоваться при передаче аудио-, видеосообщений, текста, данных, передаваемых в режиме электронной почты.

В связи с этим появились названия «голосовая почта», «видеопочта» и т. п. Службы по запросу дают возможность пользователю получать информацию

из банков данных. Примером является предоставление услуг видеотекса и его разновидностей.

Дистрибутивные службы обеспечивают распределение сообщений от одного центрального источника информации к неограниченному числу абонентов, имеющих право на прием. С помощью этих служб реализуется работа средств массовой коммуникации или массмедиа, как сейчас принято говорить. Пользователь может принимать поток сообщений в любой момент времени, но он не может влиять ни на временное течение его, ни на содержание. Классическими примерами предоставления таких услуг являются звуковое и телевизионное вещание, телетекст, однако не исключается возможность применения этого режима и для других видов сообщений, например факсимильных, данных.

Интерактивные и дистрибутивные службы, в зависимости от требований к совместимости, могут предлагаться Администрациями и операторами сети как телеслужбы и как службы передачи.

Позднее ITU-T вводит новый термин «сервис» или «телекоммуникационный сервис», не используемый ранее для специализированных сетей, под которым понимается удовлетворение со стороны сети специфических требований пользователей к связи. Фактически сервис есть некоторое обобщенное понятие, охватывающее как различные услуги (в частности дополнительные виды обслуживания), так и обеспечение различных видов связи с предоставлением каналов, разных по скоростям, по среде передачи (проводные, беспроводные) и принципу предоставления пользователю (на время передачи или аренды на длительное время) и т. д.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Для сервиса определены также две разновидности: опорный сервис (Bearer Service) и телесервис (Teleservice), которые аналогичны функциям служб передачи и телеслужб, соответственно развивая и дополняя их.

Дальнейшее развитие сетей ISDN с переходом на оптоволоконную среду с применением технологий высокоскоростной передачи цифро вых потоков обеспечило интеграцию более широкого спектра видов связи, включая кабельное телевидение. Для широкополосных видов сервиса Рекомендациями ITU-T предусмотрено четыре класса сервиса (A, B, C, D). Как видно из таблицы 1.1, наиболее жесткие требования по передаче информации предъявляются в классе А. В этом классе должна быть обеспечена постоянная скорость передачи, что требуется, например, для телефонии, телевидения. Если же при передаче видеоинформации или данных в интерактивном режиме можно допу стить переменную скорость передачи без потери допустимого качества, то может быть предложен класс В. Классы С и D в первую очередь могут использоваться при передаче информации в режиме электронной почты. Класс D характерен вообще для связи локальных вычислительных сетей (ЛВС).

Таблица 1.1 –

Все широкополосные виды сервиса также разделяются на интерактивные и дистрибутивные режимы обслуживания.

Широкополосная интегрированная сеть, обеспечивающая все виды сервиса, получила название мультисервисной сети. Ресурсы такой сети представляют собой единую мультисервисную платформу (Multiservice Platform) предоставления всевозможных услуг и приложений пользователям (рис. 1.1).

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

1.4 Глобальная Информационная Инфраструктура

Конечная цель развития информационных сетей – создание Глобальной Информационной Инфраструктуры.

Глобальная Информационная Инфраструктура GII (Global Information Infrastructure) предоставляет пользователям набор коммутационных услуг, обеспечивающих открытое множество приложений, охватывающих все виды информации и дающих возможность ее получения в любом месте, в любое время, по приемлемой цене и с приемлемым качеством.

Созданию GII способствуют конвергенция (сближение) технологий, используемых в области телекоммуникаций, компьютеров и потребительской электроники, а также новые возможности для бизнеса.

На Правительственной конференции стран "Большой семерки" (G7), проводимой Комиссией по Европейскому Экономическому Содружеству (ЕЭС)

в феврале 1995 года, были приняты основополагающие принципы, на которых должно базироваться развитие GII, в числе которых:

обеспечение открытого доступа к сетям;

гарантия всеобщего обеспечения доступа к услугам, а именно:

мобильности – возможности доступа к услугам из различных мест и при движении. При этом определение и локализация источника поступления запросов должны обеспечиваться сетью; номадизма – возможности перемещения из одного места в другое, сохраняя при

этом доступ к услугам вне зависимости от доступности или недоступности этих услуг в местной среде, т. е. непрерывность доступа в пространстве и времени;

обеспечение равных возможностей для пользователей, учитывая культурное и языковое многообразие;

необходимость международного сотрудничества с особым вниманием к наименее развитым странам;

содействие открытой конкуренции и поощрение частных инвестиций.

Эти принципы будут реализовываться посредством:

развития глобальных рынков для сетей, услуг и приложений;

гарантии конфиденциальности и защиты данных;

защиты прав интеллектуальной собственности;

сотрудничества в научно-исследовательской деятельности и в разработке новых приложений.

Глобальные разработки по GII проводятся отдельными консорциумами и индустриальными форумами.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

1.5 Понятие архитектуры сети

Представление о том, как функционирует сеть, как она устроена, может быть сформировано с различных позиций.

Для того чтобы взаимодействовать с сетью на уровне пользователя, достаточно знать состав служб сети, обеспечивающих предоставление различных коммуникационных услуг (рис.1.2). Иными словами, для того чтобы представлять какие работы можно выполнить в сети и как это сделать, вовсе не требуется знания устройства сети и принципов ее работы. В этом смысле говорят, что сеть должна быть прозрачна для пользователя. Прозрачна подобно линзам бинокля, с помощью которого можно наблюдать кусочек отдаленной жизни или природы. Поэтому любая сеть создается таким образом, чтобы все ее коммуникационные и программные средства были лишь «линзами», создающими у пользователя ощущение, что все необходимые ему ресурсы информационной сети находятся в его терминале.

Поисковые и справочные службы

Вычислительные службы

Электронная почта (телематические службы)

Учебные курсы

Службы автоматизированного проектирования Терминал

пользователя

Телевидение по запросу

Телефония

Рисунок 1.2 – Взаимодействие пользователя с сетью

Провайдер, организуя свою деятельность по предоставлению услуг пользователям, должен представлять себе логику работы сети как минимум на уровне ее функциональной структуры и состава ресурсов. Знание правил организации взаимодействия различных элементов сети, образующих платформы предоставления услуг, обеспечивает ему гибкость взаимодействия с сетевыми ресурсами.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Организация эксплуатации сети, инсталляция сетевого оборудования входят в функции оператора сети. Для грамотного выполнения своих функций оператору сети необходимо четко представлять себе ее физическую структуру, конкретный состав оборудования, принцип его работы и совместной эксплуатации, характеристики режимов работы сети, при которых обеспечивается требуемое качество обслуживания пользователей.

Для того чтобы управлять хозяйственной деятельностью сети, планировать ее развитие, администрация сети анализирует организационную структуру сети,

структуры сетевых служб, управления, обслуживания и ремонта и т. п.

И, наконец, разработчик сети, которому предстоит построить сеть, должен представлять сеть во всех вышеперечисленных аспектах. Иными словами, ему необходимо знание архитектуры сети.

Архитектурой называется системное описание сети, отображающее все разнообразие ее элементов, связей между ними и правил взаимодействия.

Под системным описанием понимают многоуровневое описание объекта в виде моделей, каждая из которых отображает объект в определенном аспекте его рассмотрения (уровня абстрагирования).

Модель – это такое отображение объекта, которое позволяет исследовать его основные элементы, не отвлекаясь на несущественные, с точки зрения поставленной цели, детали. Уровни абстрагирования обычно располагаются в иерархическом порядке (подчинения по старшинству).

Модельное описание сети как сложной системы (описание ее архитектуры) можно осуществить лишь единственным путем – расчленением ее на множество структур, каждая из которых отображает взаимосвязь определенной группы элементов, выделенных на некотором уровне рассмотрения сети. Этот процесс носит творческий характер и нередко сравнивается с древнейшим искусством проектировать и строить – зодчеством.

Таким образом, архитектура является емким понятием, отражающим взаимосвязь различных структур сети: конфигурации линий, объединяющих ее пункты (топологии); организационной структуры, отображающей устройство сети; функциональной структуры, поясняющей логику работы сети; программной структуры, характеризующей состав чрезвычайно сложного и многоцелевого программного обеспечения сети; протокольной модели сети, описывающей правила установления связи и обеспечения информационного обмена; физической структуры, позволяющей оценить физические ресурсы сети, типы используемого оборудования.

Такое всестороннее исследование сети следует проводить с позиций системного подхода, основанного на методологических принципах системологии (науки, изучающей большие (сложные) системы).

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Сеть связи наделена всеми признаками сложных систем и подчиняется свойственным им закономерностям. Перечислим некоторые из них.

Иерархичность – расположение частей и элементов целого в порядке от высшего к низшему. Следуя этой закономерности, мы можем расчленять сеть на отдельные подсети (сегменты) низшего порядка.

Коммуникативность – закономерность, указывающая на множество связей (коммуникаций) системы: внешних – со средой и внутренних – с подсистемами и элементами. Это означает, что любую сеть связи можно рассматривать как подсеть (подсистему) или элемент системы более высокого порядка (например, как элемент Глобальной Информационной Инфраструктуры) и в то же время она может рассматриваться как самостоятельная система, включающая подсистемы (сегменты) более низкого порядка.

Эмержентность – закономерность, заключающаяся в проявлении системой интегрированного качества – целостности, не свойственной отдельным ее элементам. Так, например, в сети связи мы можем выделить такие функционально важные и относительно независимые подсистемы, как транспортная система, система распределения информации, система управления сетью. Ни одну из перечисленных систем нельзя отождествить с сетью связи в целом, и только их взаимосвязь отражает это понятие. С другой стороны, рассматривая и изучая структуры отдельных подсистем, мы углубляем свое представление о системе в различных аспектах.

Понятие архитектуры характеризует целостное представление об устройстве сети и, следовательно, отражает ее эмержентность.

Следуя указанным выше закономерностям, можно любую из подсистем сложной системы рассматривать как самостоятельную систему со свойственной ей архитектурой, отражающей ее эмержентное свойство. Так, в зависимости от уровня рассмотрения в иерархическом представлении систем, мы можем говорить об архитектуре сети в целом, архитектуре терминального комплекса, архитектуре коммутационной системы, вычислительной машины и даже отдельной интегральной схемы.

Следует отметить, что видение архитектуры сети во многом определяется профессиональной ориентацией исследователя. Например, оператор сети, приступая к анализу архитектуры сети, прежде всего видит и понимает, как уже отмечалось, ее физическую структуру. Проектировщик, анализируя архитектуру сети, начинает с исследования таких ее структур, как топология, функциональная структура. Поэтому нередко понятие «архитектура» употребляется в более узком смысле, имея в виду, например, топологию сети, протокольную модель, программное обеспечение и или иную модель низшего уровня.

Для описания архитектуры сети могут быть использованы различные способы модельного представления. Так, например, для отображения топологии

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

сети, взаимосвязи подсистем и элементов используются графовые модели, для отображения работы программного обеспечения сети – алгоритмические модели. Правила взаимодействия элементов различных уровней представления и детализации сети обычно представляются так называемыми протокольными моделями многоуровневого описания сети.

Ниже рассматриваются некоторые обобщенные модели, позволяющие уяснить общие архитектурные принципы построения информационных сетей.

2 Архитектура информационных сетей

2.1 Топология

На уровне самого общего представления информационная сеть состоит из совокупности пунктов и соединяющих их линий. Взаимное расположение пунктов и линий характеризует связность сети и способность к обеспечению доставки информации в различные пункты.

Структура, отображающая взаимосвязь пунктов (конфигурацию линии), называется топологией.

Различают физическую топологию и логическую. Физическая топология

показывает размещение сетевых пунктов и конфигурацию кабельной системы. Логическая топология дает представление о путях, по которым передаются потоки информации между пунктами.

Для исследования топологических особенностей сети ее удобно изобразить в виде точек и соединяющих их дуг. Такая геометрическая фигура носит название граф. Точки в графе именуются вершинами, а дуги, если не учитывается их направленность, – ребрами. Граф является топологической моделью структуры информационной сети.

Выбор топологии сети является наипервейшей задачей, решаемой при ее построении, и определяется такими требованиями, как экономичность и надежность связи.

Задача выбора топологии сети решается сравнительно несложно, если известен набор стандартных топологий, из которых она может быть составлена.

Рассмотрим ряд базовых топологий и их особенности.

Топология «точка – точка» является наиболее простым примером базовой топологии и представляет собой сегмент сети, связывающий физически и логически два пункта (рис. 2.1).

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

водится на резервную. Несмотря на всю простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков информации по высокоскоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим цифровой телефонный трафик. Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии (в качестве радиусов). Топология «точка – точка» с резервированием типа 1 + 1 может рассматриваться как вырожденный вариант топологии «кольцо» (см. ниже).

Древовидная топология может иметь различные варианты (рис. 2.2).

Особенностью сегмента сети, имеющего древовидную топологию любого из перечисленных вариантов, является то, что связность n пунктов на уровне физической топологии здесь достигается числом ребер R = n – 1, что обеспечивает высокую экономичность такой сети. На логическом уровне, количество связывающих путей передачи информации между каждой парой пунктов в таком сегменте всегда равно h = 1. С точки зрения надежности, это достаточно низкий показатель. Повышение надежности в таких сетях достигается введением резервных связей (например, защиты типа 1 + 1).

Древовидная топология находит применение в локальных сетях, сетях абонентского доступа.

Топология «кольцо» (рис. 2.3) характеризует сеть, в которой к каждому пункту присоединены две, и только две линии. Кольцевая топология широко используется в локальных сетях, в сегментах межузловых соединений

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

территориальных сетей, а также в сетях абонентского доступа, организуемых на базе оптического кабеля.

Число ребер графа, отображающего физическую топологию, равно числу вершин: R = n и характеризует сравнительно невысокие затраты на сеть.

На логическом уровне между каждой парой пунктов могут быть организованы h = 2 независимых связывающих пути (прямой и альтернативный), что обеспечивает повышение надежности связи в таком сегменте, особенно при использовании резервирования типа 1 + 1, так называемого двойного кольца

(рис. 2.4).

Двойное кольцо образуется физическими соединениями между парами пунктов, при которых информационный поток направляется в двух противоположных направлениях (восточном и западном), причем одно направление используется как основное, второе – как резервное.

Полносвязная топология (рис. 2.5) обеспечивает физическое и логическое соединение пунктов по принципу «каждый с каждым».

Граф, включающий n вершин, содержит R = n (n – 1)/2 ребер, что определяет высокую стоимость сети. Количество независимых связывающих путей между каждой парой пунктов в таком сегменте сети равно h = n – 1. Полносвязная топология на логическом уровне обладает максимальной надежностью связи, благодаря возможности организации большого числа обходных путей. Такая топология характерна для территориальных сетей при формировании сегментов базовых и опорных (магистральных) сетей. Максимальная надежность связи в сегменте достигается при использовании на обходных направлениях альтернативных сред распространения сигналов (например, волоконно - оптический кабель и радиорелейная линия).

Ячеистая топология (рис. 2.6). Каждый пункт сегмента имеет непосредственную связь с небольшим числом пунктов, ближайших по расстоянию.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Рисунок 2.6 – Ячеистая топология

При большом числе вершин число ребер R r n/2, где r – число ребер, инцидентных каждой вершине. Ячеистые сегменты обладают высокой надежностью связи при меньшем числе ребер по сравнению с полносвязным сегментом.

Использование полносвязной и ячеистой топологий целесообразно лишь в сегментах с высокой концентрацией трафика, так как их реализация связана со значительными затратами.

2.2 Организационная структура

Организационная структура отображает устройство сети в целом, а именно типы, назначение, основные характеристики ее элементов и композиционные принципы объединения элементов в структурные компоненты, которы е можно рассматривать как отдельные подсети, так называемые сегменты информационной сети.

2.2.1 Назначение и характеристики элементов сети

Элементами любой сети являются пункты и связывающие их линии. Пункты сети подразделяются на оконечные и узловые.

В оконечных пунктах (ОП) размещаются оконечные системы информационной сети. Функциональное назначение ОП определяется типом оконечной системы. ОП, в которых устанавливаются терминальные системы, предназначены для обеспечения доступа к сети.

Функция доступа может рассматриваться в двух аспектах: обеспечение доступа пользователя к сети и организация доступа при сопряжении различных сегментов сети.

Терминальные системы пользователей осуществляют ввод/вывод информации путем преобразования информационных сообщени й в сигналы и наоборот. ОП, в которых устанавливаются терминальные системы пользователей,

называются абонентскими пунктами (АП).

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

ОП, в которых организуются информационные банки, телевизионные и радиовещательные студии, центры служб новостей, обучения, справочных служб

ит.п., являются поставщиками основных информационных и вычислительных ресурсов сети.

ОП, в которых располагаются административные системы, называются

центрами управления сетью.

Пункт, в котором устанавливается оконечное оборудование конкретной сети, рабочая система, является ее оконечным пунктом и называется узлом доступа (Access node). В нем может быть установлено граничное коммутационное оборудование, сервер доступа, а также специальное оборудование, выполняющее функции межсетевого преобразователя (шлюза) при сопряжении сегментов, отличающихся по технологическим признакам.

Узловой пункт, или узел сети представляет собой пункт, в котором сходятся три и более линий связи и который является промежуточным (транзитным) на пути следования потоков информации.

Назначение узла в сети определяется выполняемыми им функциями.

В качестве функций узла могут рассматриваться коммутация, концентрация

имультиплексирование.

Коммутация представляет собой процесс установления связи между сходящимися в узле линиями при распределении информационных потоков в сети в соответствии со схемой маршрутизации. Коммутация может быть оперативной (на время одного сеанса связи между парой абонентов) и долговременной, осуществляемой путем кроссирования сходящихся в узле линий либо группы каналов. Узел, выполняющий функцию оперативной коммутации, будем называть узлом коммутации (УК), или коммутатором, а узел, в котором осуществляется долговременная коммутация (кросс) – распределительным узлом, или

распределителем.

Концентрация подразумевает объединение нескольких входных небольших по мощности информационных потоков с целью получения более мощного выходного потока, обеспечивающего эффективную загрузку линии. Пункт, выполняющий такую функцию, называется концентратором.

Мультиплексирование обеспечивает возможность передачи нескольких потоков информации по одной линии путем закрепления за каждым из них фиксированной части ресурса линии. Фиксированное распределение линейного ресурса остается неизменным даже в периоды отсутствия передаваемой информации, т. е. функция концентрации здесь отсутствует. Такой пункт сети называется, соответственно, мультиплексором.

В узловом пункте сети могут совмещаться одновременно несколько из перечисленных функций.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Линии связи обеспечивают передачу информационных потоков в форме сигналов и представляют собой сооружения, включающие среду распространения сигналов и комплекс каналообразующего оборудования.

В качестве физической среды могут использоваться медные пары проводов, оптическое волокно, эфир. В зависимости от среды, по которой передаются сигналы, все существующие типы линий связи принято делить на две группы:

проводные и беспроводные.

Кпроводным относятся все типы линий, в которых сигналы распространяются вдоль искусственно создаваемой направляющей среды. В простейшем случае это физическая цепь, образуемая парой проводов, по которой передается сигнал в виде электрического тока. Проводные линии, образованные проводами, имеющими изоляционные покрытия и помещенные в специальные защитные оболочки, называются кабельными линиями связи (КЛС).

По условиям прокладки и эксплуатации различают подземные и подводные кабели. Они отличаются конструкцией и материалом изолирующих оболочек и защитных покровов. В земле и в воде прокладывают кабели, бронированные стальными лентами или проволокой, которые придают кабелю особую механическую прочность. В городах кабели прокладывают в специально сооружаемую канализацию, состоящую из трубопровода и смотровых колодцев.

Для обеспечения требуемой дальности передачи сигналов, а это могут быть тысячи километров, в кабельных магистралях организуются усилительные пункты, расположенные по трассе через определенные интервалы. Все перечисленное называется линейно-кабельными сооружениями (ЛКС) и

составляет основную часть затрат при организации и эксплуатации кабельных линий связи.

Кпроводным относятся также линии, использующие в качестве среды распространения диэлектрические материалы, в частности тонкие стеклянные волокна. В оптическом кабеле стекловолокна свободно помещаются внутри полиэтиленовых трубок, скрученных вокруг прочного пластмассового сердечника.

Оптические кабели, как и обычные, имеют защитные полиэтиленовые оболочки и различные внешние покровы. Их можно прокладывать в земле, воде, помещениях. Они нечувствительны к электромагнитным помехам и не нуждаются

вметаллических экранах. Линии связи, использующие оптические кабели,

получили название волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Существенным достоинством их является отсутствие в конструкции дефицитных материалов: меди, алюминия, свинца и др.

Термин радиолиния распространяется на все типы линий, в которых сигналы передаются в открытом пространстве без искусственных направляющих сред в виде радиоволн. Ценным качеством радиолиний является возможность их

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

быстрой организации и сравнительно невысокая стоимость. Немаловажным является также факт использования радиолиний для организации мобильной связи (с подвижными объектами: автомобилями, самолетами, поездами, кораблями, космическими летательными аппаратами).

Линии радиосвязи, состоящие из нескольких или многих участков, в пределах которых происходит прием сигнала, его усиление и передача в следующий пункт, называются радиорелейными линиями (РРЛ). Разновидностью РРЛ являются спутниковые радиолинии.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

2.2.2 Композиционные принципы образования сегментов

Композиционные принципы объединения элементов сети в относительно самостоятельные структурные компоненты – сегменты сети – базируются, как правило, на представлении о масштабности сегмента, а также на используемой в нем сетевой технологии (телекоммуникационной технологии). Классификация сегментов сети по территориально-функциональному принципу может быть представлена иерархией сетей на рис. 2.7 .

Рисунок 2.7 – Иерархия сегментов информационной сети, образованная на основе территориально-функционального признака

Локальная сеть LAN (Local Area Network) – сеть, в которой основная часть трафика (потоки информации) замыкается внутри небольшой территории, учреждения, промышленного предприятия и т. п. К сетям типа LAN могут быть также отнесены сети, образованные как совокупность нескольких локальных сетей, так называемые корпоративные сети, например, сеть, объединяющая центральное учреждение (дирекцию) банка с его отделениями, рассредоточенными на территории одного или нескольких районов города.

Местная сеть MAN (Metropolitan Area Network) – сеть, охватывающая территорию города либо сельского района.

Глобальная сеть WAN (Wide Area Network) – крупномасштабная сеть, предназначенная для объединения сетей типа LAN, MAN и прочих сегментов, расположенных на территории большого региона, государства, континента, а также на различных континентах.

Эволюционный характер преобразования информационных сетей, в противовес наметившемуся в последнее время бурному развитию сетевых

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

технологий, обусловил появление сегментов, отличающихся по технологическим признакам. Причем масштабы таких сегментов могут быть самыми разнообразными: от размеров любой из перечисленных выше типов сетей (LAN, MAN, WAN) до отдельных их фрагментов.

Классифицируя сегменты по функционально-технологическому признаку, употребляют такие понятия, как: «аналоговая сеть», «цифровая сеть», «сеть ISDN» (имея в виду технологию ISDN), «IP - сеть» ( сеть, работающая по Internet

протоколу), «сеть SDH», «сеть Х.25», «сеть FR (Frame Relay)», «сеть АТМ» и т. п.

Наличие сегментов с различными технологиями характерно для всего периода, в течение которого будет осуществляться переход к Глобальной Информационной Инфраструктуре – единому информационному пространству, образованному на основе мультисервисной платформы предоставления услуг.

2.2.3 Принципы организации сетей LAN

Локальные информационные сети, в отличие от территориальных, характеризуются тем, что расстояния между наиболее удаленными пунктами здесь невелики. Малые расстояния позволяют обеспечить высокие скорости передачи информации, создавать сети высоконадежными и экономичными.

Так как все оконечные системы находятся в пределах одного-двух зданий, возможно совместное использование дорогостоящего оборудования (мощны х процессоров, графопостроителей и т. п.).

Ядром локальной информационной сети, как и территориальных, является коммуникационная сеть, которая для сетей LAN может характеризоваться узловой, шинной либо кольцевой топологией.

В узловой локальной сети чаще всего имеется единственный узел, в который включены все оконечные пункты, образуя звездообразную сеть. Такая топология наиболее характерна для организации учрежденческой сети телефонной связи, обеспечивающей подключение телефонных аппаратов к учрежденческой АТС. Используя другие типы коммутатора и оконечных систем, можно по этому же принципу организовать сеть, в которой возможна передача не только речи, но и данных и изображения.

Стремление уменьшить в локальной сети число линий привело к созданию сетей шинной топологии. Коммуникационная сеть такой топологии может быть организована по принципу моноканала – единого канала для всех систем, доступ к которому обеспечивается специальным сетевым устройством – блоком доступа, а также поликанала, эквивалентного группе моноканалов, что значительно превышает производительность сети.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Терминальные системы, представляющие собой персональные компьютеры (ПК), в сети LAN называются рабочими станциями.

В качестве оконечных и рабочих систем, к которым обращаются через сеть рабочие станции, выступают файл-серверы (компьютеры, предназначенные для хранения информации и обеспечения доступа к ней); принтеры и принт-серверы (компьютеры, обеспечивающие доступ к сетевому принтеру в режиме разделения ресурса). В качестве среды передачи информации используются кабель, витая пара, а также волконно-оптический кабель (ВОК).

2.2.4 Принципы организации сетей MAN

Сети MAN представляют собой территориальные сети относительно небольшого масштаба. Практически считается, что каждый населенный пункт (город, сельский район) обслуживается своей местной сетью. Правда, в последнее время наметилась тенденция к созданию сетей MAN, обслуживающих регионы, охватывающие несколько небольших населенных пунктов, расположенных недалеко друг от друга.

Исследование характера передачи и распределения информационных потоков в сети MAN выявило функциональные задачи, приводящие к необходимости разделения ее телекоммуникационной сети на два сегмента:

сеть абонентского доступа CAN (Customer Access Network);

сеть межузловой связи NCN (Node Connection Network).

Сеть абонентского доступа CAN обеспечивает подключение АП информационной сети к так называемому опорному узлу (ОУ). С одной стороны, он является узлом коммутации (УК) для сети абонентского доступа (в существующих сетях электросвязи общего пользования такие узлы носят название опорных станций ОПС, в аналоговой телефонии эту роль выполняют районные АТС); с другой стороны, он выступает оконечным пунктом, в котором обеспечивается доступ в сеть NCN.

Территория, на которой сосредоточены АП, включенные в соответствующий ОУ, определяет его район обслуживания. Границы района обслуживания устанавливаются в зависимости от абонентской плотности и коммутационных возможностей узла. По отношению к АП своего региона обслуживания опорный узел выполняет функцию коммутации, обеспечивая установление связи внутри района. По отношению к сети межузловой связи он выступает в роли концентратора, формирующего межузловые потоки, а также потоки к пунктам, в которых располагаются информационные и вычислительные ресурсы информационной сети.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Линии связи, с помощью которых АП подсоединяется к УК, называются

абонентскими линиями (АЛ).

Абонентскую сеть, имея в виду участок от ОУ до АП, называют "последней милей" телекоммуникационной сети. Проблема последней мили состоит в многочисленности АЛ, что определяет значительную часть затрат (порядка 30 %)

вих общей сумме на сеть в целом. Решение этой проблемы состоит в организации

всети доступа дополнительных узловых пунктов (распределительных узлов), которые являются инсталляционной базой для размещения таких устройств, как

распределительные коробки, распределительные шкафы, мультиплексоры,

концентраторы, ответвители. Использование этих устройств позволяет существенно снизить капитальные затраты на абонентскую сеть.

На рис. 2.8 приведена общая схема построения традиционной абонентской сети смешанного типа, в которой обеспечивается передача как узкополосных сигналов (аналоговая и цифровая телефония, низкоскоростной доступ к банкам данных, электронная почта), так и широкополосных (широковещательное (эфирное) телевидение, кабельное телевидение).

Введение дополнительных узлов позволяет организовать в абонентской сети магистральные участки (МУ), выполненные на мощных кабелях, и

распределительные участки (РУ), так называемые распределительные сети. Чем ближе удается расположить узел абонентской сети к месту сосредоточения абонентов, тем дешевле распределительная сеть.

Недостатком рассматриваемой сети является разделение по виду служб (телевизионное вещание, телефония), невозможность организации двунаправленных широкополосных служб (видеотелефонии, видеоконференции и т. д.) из-за недостаточной полосы пропускания медных пар телефонного кабеля.

Современные концепции построения сети абонентского доступа базируются на использовании волоконно-оптического кабеля. Так, концепция "волокно в распределительный шкаф" FTTC (Fiber to the Curb) обеспечивает один из простейших и сравнительно недорогих способов наращивания абонентской сети (рис. 2.9). Волоконно-оптический кабель из ОПС приходит в распределительный шкаф (Curb), оснащенный электронным распределительным оборудованием. Шкаф может располагаться непосредственно в помещении, к абонентам идут витые пары. В отличие от телефонных пар, они имеют лучшие технические характеристики и обладают большей пропускной способностью.

Концепция “волокно в квартиру” FTTH (Fiber to the Home) является весьма дорогой (рис. 2.10). Ее воплощение во многом зависит от того, как быстро будут снижаться стоимость волоконно-оптических компонентов (в особенности лазерных передатчиков), а также расценки на инсталляцию таких систем. Волокно от опорного коммутатора следует непосредственно к терминалу абонента. На пути могут устанавливаться пассивные оптические распределительные кроссы,

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

которые "дробят" многожильный ВОК в кабели с меньшим числом волокон (в частности, двужильные).

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Рисунок 2.8 – Схема традиционной абонентской сети

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Curb

Curb

Internet

Рисунок 2.9 – Концепция "волокно в распределительный шкаф" (FTTC)

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Рисунок 2.10 – Концепция "волокно в квартиру" (FTTH)

Существуют и другие способы организации сети абонентского доступа, например, использование беспроводных АЛ - стационарного радиодоступа

(рис. 2.11).

Базовая

станция

Рисунок 2.11 – Стационарный радиодоступ

В сети радиодоступа большая часть затрат приходится на радиооборудование. Такие преимущества, как быстрая реализация и ввод

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

объекта в эксплуатацию, сравнительно несложная реконфигурация сети, позволяющая отслеживать изменение спроса на услуги, делают эту сеть весьма перспективной. Кроме того, в некоторых случаях из-за невозможности прокладки дополнительного кабеля радиодоступ является единственно возможным способом наращивания и модернизации абонентской сети.

Проблема надежности сети абонентского доступа решается использованием различных вариантов топологии сети, и в частности кольца

(рис. 2.12).

STM-1

MUX

MUX

Рисунок 2.12 – Пример абонентской кольцевой сети (пассивный оптический контур)

Сети в помещениях абонентов и офисов организуются на основе принципов построения сети LAN.

Cеть межузловой связи NCN. Пунктами этой сети являются опорные узлы (ОУ) сетей абонентского доступа, являющиеся оконечными для сети NCN, а также узловые пункты, выполняющие роль транзитных узлов (ТУ) при организации связей между ОУ и к узлам доступа магистральной сети WAN. В существующих сетях электросвязи к таким узлам относятся транзитные станции (ТС), опорно-транзитные станции (ОПТС) и узлы междугородной связи

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Линии связи, обеспечивающие соединение пунктов сети NCN, называют

соединительными линиями (СЛ).

Традиционно сети MAN классифицируются как: нерайонированные, районированные без узлообразования и районированные с узлообразованием, что, в свою очередь, характеризует степень развитости сети.

Так, нерайонированная сеть MAN представляет собой один единственный район, в котором сеть NCN вырождена до размера одного опорного узла, который, помимо своих основных функций, обеспечивает доступ к магистральной сети. Построение такой сети MAN, по существу, сводится к организации сети абонентского доступа CAN.

Районированная сеть MAN без узлообразования характеризуется наличием нескольких районов обслуживания абонентов на ее территории, в каждом из которых находится свой ОУ. Все ОУ объединяются по принципу "к аждый с каждым" (как правило, на базе медного кабеля) либо в транспортное кольцо на основе ВОК (рис. 2.13). На логическом уровне все соединения образуют топологию "каждый с каждым" независимо от физической топологии.

Выход на магистральную сеть WAN обеспечивается в соответствующем узле доступа (УД) к этой сети, функции которого аналогичны функциям опорного узла.

Рисунок 2.13 – Районированная сеть MAN без узлообразования: а – на базе медного кабеля, б

– на базе ВОК

Районированная сеть с узлообразованием предполагает наличие в сети

NCN транзитных узлов (ТУ), через которые организуются связи ОУ сетей абонентского доступа между собой и с магистральной сетью WAN. Наличие транзитных узлов предполагает образование для каждого из них своего узлового района, включающего определенное число ОУ (рис. 2.14).

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

к сети

WAN

Рисунок 2.14 – Районированная сеть MAN с узлообразованием

Топология таких сетей может быть образована включением различных базовых сегментов: кольцевых, "точка – точка", "звезда", выбор которых представляет собой непростую технико-экономическую задачу.

Cеть межузловой связи может включать сегменты, в которых используются различные телекоммуникационные технологии, реализуемые на базе медных кабелей и ВОК. Объединение таких сегментов осуществляется путем использования "шлюзов". Эти функции, как правило, возлагаются на транзитные узлы.

2.2.5 Глобальные сети WAN

Сегменты сети WAN представляют собой совокупности мощных магистралей, объединяющих отдельные локальные и территориальные информационные сети.

Магистральные линии связи являются дорогостоящими телекоммуникационными ресурсами, используемыми при транспортировке информационных потоков на огромные расстояния. Эффективное использование этих ресурсов составляет основную проблему при построении сетей WAN. Решение этой проблемы достигается применением специальных

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

высокоскоростных технологий, ориентированных на использование в транспортных сетях. Это прежде всего представление всей передаваемой информации в едином цифровом виде и высокая концентрация цифровых потоков в узлах доступа к магистралям.

Принципы построения транспортных телекоммуникаций во многом повторяют принципы развития магистралей авто- и железнодорожного транспорта. В транспорте вместо узких автодорог строят широкие магистрали с односторонним движением, так называемые автобаны. Вместо перекрестков со светофорами сооружаются развязки различных по высоте уровней и съезды, обеспечивающие безостановочное движение транспорта. Для транспортировки грузов организуются контейнерные перевозки. Современные телекоммуникационные технологии позволяют организовывать нечто подобное в сетях связи. Это широкополосные волоконно-оптические линии связи, в которых скорости передачи цифровых потоков достигают нескольких десятков гигабит (Гбит). Асинхронный режим переноса обеспечивает транспортирование любых видов информации пакетами фиксированной длины, помещенными в специальные транспортировочные модули (виртуальные контейнеры). Узлы при этом выполняют функции распределителей и ответвителей потоков разной величины. Доступ к таким сетям осуществляется при помощи специального оборудования (коммутаторов, мультиплексоров, волновых конвертеров и т. п.), устанавливаемого в узлах доступа к сети WAN.

При построении сетей WAN используются все базовые топологии («точка

– точка», древовидная, кольцо и т. д.), а также их сочетания.

Использование кроссовой автоматической коммутации в узлах сетей WAN обеспечивает возможность гибкого управления топологией на логическом уровне.

При рассмотрении в составе сегментов телекоммуникационной сети сеть WAN классифицируется как опорная сеть (Backbone Network). Основной задачей опорной сети является высокоскоростная транспортировка очень концентрированного трафика на большие расстояния, в связи с чем ее еще называют транспортной сетью.

Понятие «транспортная сеть» (Transport Network, Transmission Media)

определяет телекоммуникационную среду как совокупность унифицированного оборудования широкополосных линий, распределительных узлов и узлов доступа к сети, посредством которого реализуется иерархия стандартизированных уровней скоростей передачи информационных потоков данных.

В отличие от опорной сети, все остальные телекоммуникационные сегменты (такие, как сети абонентского доступа, местные сети межузловой связи) выполняют двоякую задачу: с одной стороны – обеспечивают передачу и

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

распределение локально сосредоточенных потоков информации, с другой – образуют сеть доступа к опорной (транспортной) сети.

В рамках концепции информационной сети вся совокупн ость сегментов телекоммуникационной сети, посредством которой обеспечивается взаимодействие терминальных систем пользователей с рабочими системами, может трактоваться как сеть доступа к информационным и вычислительным ресурсам информационной сети либо к ее базовой сети (Core Network).

Базовой сетью называется совокупность сегментов телекоммуникационной сети, объединяющая поставщиков услуг.

2.3 Функциональная модель

Функциональная модель представляет собой абстрактное описание сети на логическом уровне, не зависящее от принципов ее физической реализации. Такая модель отображает взаимосвязь функций, выполняемых в сети, которые в данном случае рассматриваются в качестве ее элементов.

Функция представляет собой некоторый логический элемент, выполняющий определенную задачу. Физическая реализация функций допускает различные варианты:

в виде аппаратных средств;

в виде программного продукта.

Функции, реализуемые в виде программных продуктов, принято называть объектами. Само же понятие функции нацелено на аппаратную реализацию, хотя, строго говоря, оба понятия являются синонимами. В дальнейшем будем придерживаться этого условного разграничения.

При физической реализации функций в той либо иной форме допускается их группирование в виде отдельных функциональных подсистем. Такие подсистемы называются логическими модулями.

Различают следующие основные типы функций, выполняемых в информационной сети:

прикладные функции – объекты приложений пользователей и администрации сети;

функции управления услугами – объекты, позволяющие строить услуги из компонентов услуг и связанных с ними ресурсов и управлять взаимодействием пользователей с этими услугами;

функции административного управления сетью – объекты,

осуществляющие управление всеми другими функциями;

функции обработки и хранения данных – объекты, обеспечивающие вызов и управление объектами приложений, их взаимодействие, а также извлечение запрашиваемых данных либо помещение их в базу данных;

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

коммуникационные функции – функции транспорта и управления потоками информации (при их перераспределении в коммуникационных узлах).

Порядок взаимодействия между функциями сети определяет связи между элементами в функциональной модели. Полная спецификация (точное описание) такого взаимодействия, как между отдельными функциями (объектами), так и между логическими модулями, называется логическим интерфейсом.

Логический интерфейс является емким понятием, охватывающим как набор правил поведения взаимодействующих элементов, так и формат представления обмениваемой информации.

Под форматом понимается совокупность позиций для элементов данных, наделенная структурой.

Логический интерфейс между функциями (объектами) одного типа называется протоколом.

Логический интерфейс между коммуникационными функциями получил название эталонной точки телекоммуникационной сети.

Введем еще одно понятие, определяющее характер взаимодействия прикладных объектов, – понятие транзакции.

Транзакцией называют последовательность логически связанных действий, которые переводят информационную систему из одного состояния в другое. Такой переход имеет место, например, при обработке запроса пользователя на предоставление услуги и удовлетворение этого запроса со стороны сети. Транзакция либо должна завершиться полностью (успешное завершение), либо, в случае невозможности выполнения каких-либо действий по техническим причинам, должна быть приостановлена с возвращением системы в исходное состояние (аварийное завершение). Обработка транзакций относится к функциям обработки и хранения данных. Таким образом, логические интерфейсы между прикладными объектами можно трактовать как протоколы транзакций.

Принципы объединения функций (объектов) в логические модули могут быть следующими.

Образование сегментов. Функции в сегменте обычно реализуются совместно. Примером образования логических модулей в виде сегментов может служить принцип совместного рассмотрения транспортной функции и функции управления потоками при их локализации в сегментах телекоммуникационной сети (модуль сегмента сети доступа, модуль сегмента сети NCN и т. п.) (рис. 2.15). В этом смысле любую телекоммуникационную сеть, рассматриваемую как совокупность модулей функций транспорта и управления

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

потоками, часто называют транспортной сетью (еще одна употребляемая трактовка понятия транспортной сети!) информационной сети, рассматриваемой на логическом уровне.

Рисунок 2.15 – Пример образования модулей сегментов на функциональном уровне: I – интерфейс (функциональная эталонная точка),

NTU – сетевое окончание (терминатор)

Образование домена представляет собой совокупность функций, объединенных ролью принадлежности. При этом учитывать их совместное действие при реализации в аппаратных средствах или программных продуктах не требуется. Примерами могут служить домен пользователя (рис. 2.16) и домен сетевого оператора (рис. 2.17).

NTU

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Конфигурации доменов, как пользователей, так и сетевых операторов, могут быть разными и зависят от многих факторов, основным из которых является возможность сети по предоставлению различных услуг и приложений.

Образование платформы предоставления услуг на функциональном уровне базируется на сочетании сегментов и доменов различных операторов связи, участие которых предполагается при предоставлении конкретной услуги или набора услуг.

2.4 Программная структура

Анализ программной структуры позволяет рассмотреть иерархию сетевого программного обеспечения. Элементами этой структуры являются программные модули, в которых реализованы логические элементы сети.

Иерархия программного обеспечения (ПО) может быть представлена в следующем виде:

прикладное ПО;

промежуточное ПО;

базовое ПО.

В прикладном ПО реализованы объекты приложений. Различают два типа приложений, которые влияют на структуру организации ПО – локально ограниченные и распределенные приложения.

Локально ограниченное приложение инсталлируется, вызывается,

управляется и выполняется полностью в пределах одной оконечной системы и не требует привлечения коммуникационных функций. Примером может служить редактирование документа при подготовке текста на компьютере пользователя (терминале пользователя).

Распределительное приложение состоит из нескольких компонентов, которые могут выполняться в различных оконечных системах и, следовательно, требуют организации взаимодействия этих оконечных систем. Например, совместное редактирование текста объемной публикации пользователями, расположенными в разных местах.

Компоненты распределенного приложения могут неоднократно использоваться другими приложениями. В этом случае они становятся объектами промежуточного ПО и поддерживают услуги, связанные с возможностями интеллектуальных сетей IN.

Промежуточное ПО реализует в сети функции управления услугами и функции административного управления сетью. Объекты обеих групп аналогично компонентам распределительных приложений взаимодействуют посредством коммуникационных функций.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Посредством промежуточного ПО в сети получают конкретную реализацию ставшие уже довольно известными концепции интеллектуальных сетей IN и общей схемы многоуровневого управления сетями TMN.

Базовое ПО предназначено для обеспечения объектами прикладного ПО и промежуточного ПО возможности выполнения и взаимодействия с другими объектами посредством обеспечения среды взаимодействия с коммуникационными функциями и логическими интерфейсами пользователей. Организация среды осуществляется унифицированными программными комплексами, которые называются сетевыми операционными системами.

Стандартами де’факто на сегодняшний день в этом плане стали системы UNIX и Windows NT. Логические компоненты коммуникационных функций, реализуемых программно, обеспечивающие поддержание связи между удаленными объектами, также относятся к функциям базового ПО.

К базовому ПО относятся и объекты обработки и хранения данных, реализуемые в таких программных комплексах, как СУБД (системы управления базами данных), базовое ПО сервера обработки транзакций и др.

Характер взаимодействия между объектами определяется типом

объектного интерфейса, который подобен протоколу и функциональной эталонной точке.

Различают следующие типы объектных интерфейсов (программных интерфейсов):

прикладной протокол – логический интерфейс между прикладными объектами;

интерфейс прикладных программ – логический интерфейс между прикладными объектами и объектами промежуточного ПО, которые поддерживают прикладные объекты;

протокол промежуточного ПО – логический интерфейс между объектами промежуточного ПО;

интерфейс базовых программ – логический интерфейс между объектами промежуточного и базового ПО, которые поддерживают объекты промежуточного ПО;

интерфейс человек-компьютер – логический интерфейс между пользователем и, главным образом, объектами базового ПО, однако он может включать в себя также логический интерфейс с объектами промежуточного ПО и даже объектами приложений.

Сетевое программное обеспечение является ресурсом, участвующим в организации платформ предоставления услуг, и, следовательно, композиционные принципы объединения программных модулей подвержены тому же динамизму, что и принципы построения функциональной модели сети.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

2.5 Протокольная модель

Протокольная модель описывает правила работы сети на уровне взаимодействия объектов и логических модулей при реализации основных процессов передачи и обработки информации. В этой модели все правила (протоколы) взаимодействия сгруппированы по их функциональному назначению в отдельные группы – протокольные блоки. Протокольные блоки располагаются в иерархическом порядке, и каждый из них представляет перечень протоколов взаимодействия объектов некоторого уровня (рис. 2.18).

N

N

N –

Рисунок 2.18 – Принцип построения протокольной модели

При выполнении задачи N-уровня участвуют N-объекты, выполняющие локальный комплекс функций данного уровня. Однако протокольные блоки разбиты по уровням таким образом, что возможность выполнения задачи N-уровня целиком зависит и обеспечивается участием объектов (N 1)-го уровня и так далее. Таким образом, N-объекты оказываются вовлеченными во взаимодействие с (N 1)-объектами, (N 1)-объекты - с (N 2)-объектами и т. д. Говорят, что каждый нижестоящий уровень предоставляет сервис вышестоящим уровням.

Любой объект N-уровня при переходе в активное состояние выдает информацию двух видов:

1)информация, которая передается между N-объектами (данные пользователя) и не связана с операциями "соединения" этих объектов;

2)управляющая информация, предназначенная для (N 1)-уровня, с помощью которой осуществляется координация процедур "соединения" N-объектов.

Все правила взаимодействия объектов в протокольной модели определяют стандарты для конкретной сети и классифицируются как протоколы (стандарты

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

взаимодействия объектов одного уровня с другим) и интерфейсы (стандарты взаимодействия объектов соседних уровней). Эти понятия нам уже знакомы по предыдущим моделям.

Международная организация стандартов ISO, анализируя опыт создания информационных сетей, и в особенности компьютерных сетей, во многих странах мира, разработала концепцию построения сетей, которая названа архитектурой открытых систем. В соответствии с этой концепцией была создана протокольная модель, которая позволила ввести международные стандарты, определяющие и регламентирующие разработки систем и сетей. Эта модель получила название эталонной модели взаимодействия открытых систем (ВОС). Системы и сети, удовлетворяющие требованиям и стандартам эталонной модели ВОС, т. е. стандартам архитектуры открытых систем, называют открытыми, а системы, не отвечающие этим требованиям, считаются закрытыми.

В модели ВОС определено семь уровней (рис. 2.19).

Рисунок 2.19 Эталонная модель ВОС

Высшим, седьмым, уровнем модели ВОС является прикладной уровень, на котором осуществляется управление взаимодействием прикладных процессов, выполняющихся в терминальных системах пользователей и оконечных системах сети, с которыми они взаимодействуют. Соответственно

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

протокол взаимодействия объектов седьмого уровня получил название

прикладного.

На шестом уровне, представительном, производится перекодировка сообщений, поступивших с седьмого уровня, в тот вид, в котором должны быть представлены любые сообщения, передаваемые в данной сети. Таким образом, сеть не накладывает никаких ограничений на применение различных типов ЭВМ в качестве оконечных систем. Здесь же могут выполняться функции сжатия данных, их шифрование (засекречивание).

Пятый уровень модели ВОС, сеансовый, предназначен для открытия сеанса связи между удаленными процессами пользователей. Открытие сеанса связи сопровождается присвоением условных адресов номеров точек входа/выхода информации, так называемых портов взаимодействующих оконечных систем. С момента занятия портов сообщению присваиваются номера исходящего и входящего портов.

Четвертый, транспортный, уровень, протокол которого называется транспортным протоколом. Отвечает за способ транспортировки сообщения по сети. Для сетей ЭВМ характерным является разделение сообщения на небольшие блоки, которые снабжаются заголовками, содержащими адресную и служебную информацию, и в виде таких пакетов запускаются в сеть. Здесь же осуществляются контроль правильности переданных пакетов в каждом УК и, в случае обнаружения ошибок, запрос на повторную передачу пакета.

Сетевой протокол, выполняемый на третьем уровне, обеспечивает выбор маршрута, по которому будут следовать пакеты сообщения. Здесь могут устанавливаться логические соединения типа "точка точка" и "точка много точек".

Канальный, второй уровень обеспечивает запрос физического соединения с соседним транзитным пунктом в выбранном на сетевом уровне маршруте и организует необходимую последовательность передаваемых пакетов. При этом они могут группироваться по несколько штук, образуя структуру, которая называется кадром, или фреймом. Кадр, даже если он включает всего лишь один пакет, снабжается специальным заголовком и обрамляющими его разграничителями.

На первом, физическом, уровне определяется поведение соседних объектов при побитовой передаче кадров (фреймов) по линии связ и (или, как принято говорить, определяется интерфейс между терминалом и передающей средой).

Протоколы седьмого четвертого уровней определяют правила взаимодействия между удаленными объектами (т. е. из конца в конец), а протоколы третьего первого уровней правила взаимодействия соседних объектов сети (например, УК-УК), соединенных физической линией связи.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Три нижних уровня вместе с транспортным (четвертым) уровнем принято называть транспортной сетью (не путать с транспортной сетью WAN), тем самым подчеркивая реализацию именно этими протоколами функций транспорта и управления, описанных в функциональной модели.

В отличие от эталонной модели ВОС, протокольные модели конкретных сетей допускают введение дополнительных подуровней, а также могут включать не все ее уровни. Однако их построение основывается на тех же принципах.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

2.6 Модель реализации

Модель реализации показывает, какие функции в какой аппаратуре воплощены, а также посредством каких протоколов реализуются логические интерфейсы между различными аппаратными средствами (рис. 2.20).

Рисунок 2.20 Схема модели реализации: Н аппаратное обеспечение (Hard ware), S программное обеспечение (Soft ware)

Такая модель является основой взаимодействия оператора сети и поставщиков оборудования и ПО. Она также позволяет определить дополнительные интерфейсы между оборудованием от различных поставщиков и их характеристики, подлежащие стандартизации.

Элементами модели реализации являются:

аппаратура (Equipment) оборудование, в котором одна или несколько функций реализованы в виде аппаратного обеспечения (Hard ware), представляющего собой единую физическую среду. Аппаратура может иметь модульную конструкцию, т. е. состоять из некоторого количества съемных плат. Кроме того, она может иметь несколько функций, реализованных в виде ПО;

интерфейс реализации (Implementation interface) показывает точки и протокольные спецификации между устройствами различного назначения либо аппаратурой и модулями ПО;

модуль ПО относительно независимая часть программы, представляющая собой реализацию одной или нескольких функций исключительно посредством программного обеспечения (Soft ware);

интерфейс прикладных программ (Application programming interface)

интерфейс реализации между программными модулями, не имеющий физических компонентов;

физический интерфейс (Phisical interface) физическая среда для передачи сигналов между различной аппаратурой;

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

система (System) совокупность аппаратных и программных модулей, функционирующих как единое целое. Например, оконечная система,

система передачи, система распределения;

сегмент (Segment) одна или несколько систем, выполняющих функции, установленные для сегмента в функциональной модели. Примером могут служить сегменты телекоммуникационной сети, с помощью которых объединяются оконечные системы информационной сети и которые позволяют функциям промежуточного ПО и прикладным функциям, рассредоточенным на разных системах, взаимодействовать друг с другом.

Взаимодействие сегментов и оконечных систем в модели реализации отражается с помощью интерфейсов.

Межсегментные интерфейсы, а также интерфейс между оконечной системой и сегментом являются физическими телекоммуникационными интерфейсами, полная спецификация которых включает также данные о физической среде передачи сигналов.

Логические интерфейсы взаимодействия оконечных систем между собой остаются логическим типом интерфейса и реализуются посредством протоколов, по отношению к которым физические телекоммуникационные интерфейсы являются прозрачными. Прозрачность интерфейсов поддерживается базовым ПО.

Поскольку сегмент находится в собственности и эксплуатируется одним оператором, он чаще всего реализуется с применением единой телекоммуникационной технологии на оборудовании одного поставщика. В связи с этим все интерфейсы, которые являются внутренними по отношению к сегменту, обычно имеют более низкий приоритет в стандартизации, чем интерфейсы между сегментами. Строгая стандартизация межсегментных интерфейсов является решающим фактором в создании Глобальной Информационной Инфраструктуры.

2.7 Физическая структура

Физическая структура отображает конкретный состав аппаратуры, систем и интерфейсных модулей (устройств), используемых в сети и отдельных сегментах.

В качестве оконечных систем информационной сети могут использоваться следующие электронные устройства: телефон, телевизор, факс, персональный компьютер, сетевой компьютер, процессор.

Система передачи (Transmission System) представляет собой совокупность технических средств, позволяющих организовывать каналы связи для

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

прохождения сигналов в линейном тракте передачи (ЛТП). К числу таких технических средств относятся: каналообразующее оборудование, которое устанавливается в пунктах сети, непосредственно соединенных линией связи; промежуточное линейное оборудование, устанавливаемое вдоль линии (для проводных линий это необслуживаемые регенеративные пункты, реализуемые в колодцах, подвалах зданий и т. д., для РРЛ модули верхнего расположения радиорелейных станций совместно с антеннами, устанавливаемые на крышах зданий, мачтах и т. п.), а также различные типы устройств, обеспечивающих стыковку каналообразующего оборудования с коммутационными системами, контроль качества передачи, обнаружение и коррекцию ошибок и др. В зависимости от вида сигналов, передаваемых в линейном тракте, системы передачи разделяются на аналоговые и цифровые.

Система распределения информации (Distribution System) представляет собой оборудование, устанавливаемое в УК и реализующее функции коммутации и концентрации. Устройства распределения информации и каналообразующая аппаратура совместно образуют узел коммутации.

Два и более линейных трактов передачи информации, скоммутированные последовательно один за другим с помощью устройств распределения информации, представляют собой соединительный тракт передачи информации (СТПИ). При создании СТПИ между двумя АП говорят, что между ними скоммутирован канал связи. Возможна коммутация и многоканальных линий связи (широкополосная коммутация линий).

Системы распределения классифицируются в соответствии с двумя основными принципами установления связи: непосредственной связи и косвенной связи (Store-and-forward) через запоминающее устройство (ЗУ) (рис. 2.21).

Рисунок 2.21 Принципы организации связи:

анепосредственная связь; б косвенная связь

Взависимости от вида сигналов, передаваемых по коммутируемым каналам связи, устройства распределения информации, как и системы передачи,

делятся на аналоговые и цифровые.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Система управления представляет собой довольно сложную систему, обеспечивающую в целом возможность функционирования сети. Управление сетью основывается на сборе статистики о прохождении сигналов и возникающих неординарных или аварийных ситуациях, тестировании (проверке) состояния элементов сети. Эти функции невозможно осуществить без сигнализации о состояниях систем (выходе из строя систем передачи или систем коммутации). Для передачи служебных сигналов в системе управления используются специальные служебные каналы, соединяющие пункты управления сетью и элементы сети. Таким образом, система управления сетью относится к системам распределенного типа и имеет свою сетевую архитектуру. Основная концепция формирования такой архитектуры получила название

концепции TMN (Telecommunication Management Network) сети управления телекоммуникациями.

Концепция TMN поддерживает три уровня управления:

управление сервисом сети (обеспечение предоставления пользователям требуемых услуг с гарантированным качеством);

управление сетью в целом (управление топологией, осуществление маршрутизации потоков информации в сети, управление поступающей в сеть нагрузкой, предотвращение перегрузок);

управление элементами сети (контроль за состоянием и управление оборудованием линий связи и узловых пунктов, своевременное

переключение на резервное оборудование при обнаружении аварийной ситуации).

Разнообразие аппаратуры, сред передачи, телекоммуникационных технологий обусловливает большое количество возможных реализаций сегментов сети и интерфейсов между ними. В частности, в качестве сегментов сети доступа могут быть использованы: сеть доступа на основе медного кабеля (коммутируемая телефонная сеть общего пользования КТСОП, цифровая сеть интегрального обслуживания ISDN); сеть доступа на основе медных проводников с использованием технологии DSL (Цифровая абонентская линия), предоставляющей возможность высокоскоростной передачи данных; сеть кабельного телевидения; сеть доступа на основе оптического волокна; пассивный оптический контур; сеть доступа с применением радиосвязи на абонентском шлейфе (RITL); цифровая мобильная сеть доступа (например, GSM); сеть наземного телевизионного вещания; сеть прямого спутникового вещания; сеть доступа с использованием геостационарных спутников (например, Инмарсат); среднеорбитальные и низкоорбитальные спутниковые сети доступа.

Примерами сегментов базовой сети являются: КТСОП или ISDN; сеть передачи данных с коммутацией пакетов PSTN (технология Х.25); сеть с

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

арендованных каналов.

В качестве сегментов опорной сети используются транспортные сети с использованием технологий высокоскоростной передачи цифровых потоков (синхронные цифровые сети SDH).

Интерфейсные функции реализуются в таких устройствах, как сетевые адаптеры, коннектеры.

Физически реализуемая часть протоколов также может быть выполнена в виде устройств. Так, например, протоколы второго уровня эталонной модели ВОС в основном реализуются в таких устройствах, как концентраторы, коммутаторы. С протоколами третьего уровня эталонной модели ВОС работает устройство, которое называется маршрутизатором. Это многофункциональное устройство, способное различать протоколы сетевого уровня и принимать интеллектуальные решения при выборе пути передачи информации, а также обеспечивать экономичный доступ к территориальным сетям, построенным на основе различных технологий.

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова

Издательский центр УГАС им. А.С. Попова