ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»
(СПбГУТ)
_____________________________________________________________
Н. А. Борисова, В. Ю. Гойхман
ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ И СЕТЕЙ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2018
УДК 621.391.1(075.8) ББК 32.88я73
Б 82
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой инфокоммуникационных систем СПбГУТ им. проф. М. А. Бонч-Бруевича
Б. С. Гольдштейн,
доктор технических наук, директор по науке ООО «ПротейСпецТехника»
Н. А. Соколов
Утверждено редакционно-издательским советом СПбГУТ в качестве учебного пособия
Борисова, Н. А.
Б 82 Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей : учебное пособие / Н. А. Борисова, В. Ю. Гойхман ; СПбГУТ. – СПб., 2018. – 124 с. ISBN 978-5-89160-176-5
Учебное пособие дополняет традиционные материалы курса учебной дисциплины «Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей» сведениями об архитектуре современных и будущих сетей, а также информацией о том, какие принципы были унаследованы от телекоммуникационных сетей, а какие от информационных. Принципы построения рассматриваются в контексте эволюции устройств и сетей, что позволяет выявить черты преемственности и закономерности развития.
Предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавриата/специалитета 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». Может быть использовано для студентов других направлений подготовки, таких как 09.03.02 «Информационные системы и технологии», 09.03.01 «Информатика и вычислительная техника», 10.03.01 «Информационная безопасность», 11.03.01 «Радиотехника».
УДК 621.391.1(075.8) ББК 32.88я73
ISBN 978-5-89160-176-5 © Борисова Н. А., Гойхман В. Ю., 2018
© Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М. А. Бонч-Бруевича»,
2018
СОДЕРЖАНИЕ |
|
Введение.......................................................................................................... |
5 |
1. Эволюция принципов построения телекоммуникационных |
|
систем и сетей................................................................................................ |
6 |
1.1. Обобщенная структурная схема электрической связи................... |
6 |
1.2. Коммутация и сигнализация.............................................................. |
9 |
1.3. Многоканальность и многостанционный доступ........................... |
12 |
1.4. Преемственность в принципах построения линий связи............... |
18 |
1.5. Модель телекоммуникационной системы........................................ |
21 |
1.6. Эволюция принципов построения сетей сотовой мобильной |
|
связи.............................................................................................................. |
23 |
2. Эволюция принципов построения информационных систем и сетей 32 |
|
2.1. Информационные сети как результат эволюции |
|
телекоммуникаций и вычислительной техники..................................... |
32 |
2.2. Информационные системы и сети — основные понятия.............. |
33 |
2.3. Многоуровневый подход к построению сети, протоколы, |
|
интерфейсы.................................................................................................. |
37 |
2.4. Эталонная модель взаимосвязи открытых систем ISO/OSI.......... |
40 |
2.5. Эволюция многослойной модели доступа к информационным |
|
ресурсам....................................................................................................... |
42 |
2.6. Топологии физических связей............................................................ |
47 |
2.7. Основные компоненты локальных и составных |
|
информационных сетей.............................................................................. |
50 |
2.8. Архитектура сети Интернет............................................................... |
55 |
3. Инфокоммуникационные сети.............................................................. |
60 |
3.1. Инфокоммуникационные сети как результат конвергенции |
|
телекоммуникационных и информационных сетей............................... |
60 |
3.2. Архитектура сетей последующих поколений (NGN)..................... |
65 |
3.3. Будущие сети (FN)............................................................................... |
74 |
3.4. Облачные вычисления (Cloud Computing)....................................... |
78 |
3.5. Туманные вычисления (Fog Computing)........................................... |
85 |
3.6. Программно конфигурируемые сети (SDN) ................................... |
87 |
3.7. Виртуализация сетевых функций (NFV).......................................... |
91 |
3.8. Пятое поколение мобильной связи (5G)........................................... |
95 |
3.9. Интернет вещей (IoT)......................................................................... |
103 |
3.10. Индустриальный интернет (IIoT)................................................... |
109 |
3.11. Умные повсеместно распространенные сети (SUN) ................... |
110 |
Список рекомендованной литературы......................................................... |
116 |
Список условных обозначений..................................................................... |
117 |
ВВЕДЕНИЕ
Основой «цифровой экономики», на создание которой взят курс в наши дни, являются инфокоммуникационные системы и сети (ИКСС). Документы, связанные с «цифровой экономикой», оперируют такими терминами, как интернет вещей, индустриальный интернет, облачные и туманные вычисления, умные сети, дома, города и т.п. О них в существующих учебниках, посвященных основам построения ИКСС, практически нет сведений. Публикуемые
впериодических изданиях и документах международных организаций концепции новых подходов и аппаратно-программных решений представляются
ввиде разнообразных многоуровневых структур, включающих множество англоязычныхаббревиатуриссылокнаархитектуры,интерфейсы,протоколы.
Телекоммуникационным сетям, с которых все начиналось, в этом многообразииотведенаскромнаярольтранспортнойсоставляющей,размещающейся на некоторых этажах постоянно перестраивающегося «высотного здания», символизирующего структуру построения современных ИКСС. На первый взгляд с появлением все новых и новых ИКТ непрерывно увеличивается разрыв между представлениями о современной ИКТ-инфраструктуре и традиционной, основанной на телекоммуникационных сетях и классических информационных системах.
Убедиться в том, что это не так, помогут материалы данного учебного пособия; оно дополняет основную программу курса «Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей». Не ставится цель подробного описания отдельных принципов построения ИКСС или обзора всех существующих сетей-предшественников. Основным является изложение сведений, которые позволят выявить преемственность и определенную закономерность в построении новых ИКСС. Первый раздел «Эволюция принципов построения телекоммуникационных сетей и систем» содержит сведения о том, что же современные ИКСС унаследовали от принципов построения телекоммуникационных сетей; о том, что было унаследовано от информационных сетей, рассказываетвторойраздел«Эволюцияпринциповпостроенияинформационных сетей и систем». Исходя из актуальности развития современных ИКСС,
впервомразделеособоевниманиеуделеноэволюциисетисотовоймобильной связи, в разделе информационных сетей — архитектуре Интернета.
Втретьем разделе «Инфокоммуникационные сети» акцент сделан на том, какое влияние на принципы построения ИКСС оказали требования, выдвигаемые концепциями будущих сетей, и как все это планируется реализовывать с учетом унаследованной ИКТ-инфраструктуры.
Вкаждом подразделе учебного пособия имеются вопросы, предназначенные для самоконтроля усвоения учебного материала.
5