4.3. 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, которые можно рассматривать как отдельные подсети, так называемые сегменты телекоммуникационной сети.
Элементами любой сети являются пункты и связывающие их линии. Пункты сети подразделяются на оконечные и узловые. В оконечных пунктах (ОП) размещаются оконечные системы информационных сетей. Функциональное назначение ОП определяется типом оконечной системы. Оконечные пункты, в которых устанавливаются терминальные системы, предназначены для обеспечения доступа к сети. При этом функция доступа может рассматриваться в двух аспектах: обеспечение доступа пользователя к сети и организация доступа при соединении различных сегментов сети. Терминальные системы пользователей осуществляют ввод-вывод информации путем преобразования информационных сообщений в сигналы и наоборот. Оконечные пункты, в которых устанавливаются терминальные системы пользователей, называются абонентскими пунктами (АП). Пункты, в которых размещаются системы, являющиеся поставщиками основных информационных или вычислительных ресурсов (организуются информационные банки, телевизионные и радиовещательные студии, центры служб новостей, обучения, справочных служб и т.п.), также являются оконечными пунктами. Оконечные пункты, где располагаются административные системы, называются центрами управления сетью.
Пункт, в котором устанавливается оконечное оборудование конкретной сети, является ее оконечным пунктом и называется узлом доступа (acсеss node) сети. В нем может быть установлено коммутационное 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 коммутации, концентрация и мультиплексирование. Коммутация представляет собой процесс установления соединения 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, называется узлом коммутации, а узел, в котором осуществляется долговременная коммутация (кросс), − распределительным узлом. 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. Такое фиксированное распределение линейного ресурса остается неизменным даже в периоды отсутствия информации некоторого из них (функция концентрации здесь отсутствует). Такой пункт сети называется мультиплексором. В узловом пункте сети могут совмещаться одновременно несколько перечисленных функций.
Линии связи обеспечивают передачу информации 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. К проводным относятся все типы линий, в которых сигналы распространяются вдоль искусственно создаваемой направляющей среды. В простейшем случае – это физическая цепь, образуемая парой проводов, по которым 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.
К проводным относятся также линии, использующие в качестве среды распространения диэлектрические материалы, в частности, тонкие стеклянные волокна. В оптическом кабеле стекловолокно свободно помещается 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 не чувствительны к электромагнитным помехам и не нуждаются в металлических экранах. Линии связи, использующие оптические кабели, получили название волконно-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 в виде радиоволн. Ценное качество радиолиний – возможность их быстрой организации и сравнительно невысокая стоимость. Немаловажным является также факт использования радиолиний для организации мобильной связи (с подвижными объектами: автомобилями, самолетами). 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). Разновидность РРЛ – спутниковые радиолинии.
Композиционные принципы объединения элементов сети в относительно самостоятельные структурные компоненты (сегменты) сети базируются, как правило, на представление о масштабности сегмента, а также на используемой в нем сетевой технологии (телекоммуникационной технологии). Классификация сегментов сети по территориально-функциональному принципу представлена на рис. 4.8.
Локальная сеть (Lokal Аrea network, LAN) – сеть, в которой основная часть потоков информации замыкается внутри небольшой территории, учреждения, промышленного предприятия и т.п. К сетям типа LAN могут быть отнесены сети, образованные как совокупность нескольких локальных сетей, так называемые корпоративные сети. Местная сеть (Меtropolitan Area Network, MAN) – сеть, охватывающая территорию города либо сельского района. Территориальная сеть (Wide Area Network, WAN) – крупномасштабная сеть, предназначенная для объединения сетей типа LAN, MAN) и прочих сегментов, расположенных на территории большого региона, государства, континента, а также на различных континентах.
Классифицируя сегменты по функционально-технологическому признаку, употребляют такие понятия, как «аналоговая сеть», «цифровая сеть», «IP-сеть» (сеть, работающая по протоколу Интернет) и т.п. Наличие сегментов с различными технологиями характерно для всего периода, в течение которого будет осуществляться переход к глобальной информационной инфраструктуре, образованной на основе единой мультисервисной платформы предоставления услуг.
Принципы организации LAN. Локальные сети, в отличие от территориальных, характеризуются тем, что расстояние между наиболее удаленными пунктами здесь невелики. Малые расстояния позволяют обеспечить высокие скорости информации, создавать сети высоконадежными и экономичными. Так как все оконечные системы находятся в пределах одного-двух зданий, возможно коллективное использование дорогостоящего оборудования (мощных процессоров, графопостроителей и т.п.), включаемого в сеть в качестве оконечной системы. Ядром локальной и территориальной сети является ТС, которая для LAN может характеризоваться узловой, шинной либо кольцевой топологией. В узловой локальной сети чаще всего имеется единственный узел, в который включены все оконечные пункты, образующие звездообразную сеть. Такая топология наиболее характерна для организации учрежденческой сети телефонной связи, обеспечивающей подключение телефонных аппаратов к учрежденческой АТС. Поэтому же принципу можно организовать сеть для передачи не только речи, но и данных, и изображения. Стремление к уменьшению числа линий в локальной сети привело к созданию шинной топологии. Сеть такой топологии может быть организована по принципу моноканала – единого канала для всех систем, доступ к которому обеспечивается специальным сетевым устройством – блоком доступа или поликанала, эквивалентного группе моноканалов, что значительно повышает производительность сети.
Принципы организации MAN. Местные сети представляют собой территориальные сети относительно небольшого масштаба. Каждый населенный пункт (город, сельский район) может обслуживаться своей местной сетью. В последнее время наметилась тенденция к созданию местных сетей, обслуживающих регионы, охватывающие несколько небольших населенных пунктов, расположенных недалеко друг от друга. Исследования характера передачи и распределения информационных потоков в местных сетях выявило функциональные задачи, приводящие к необходимости разделения ее ТС на два сегмента:
-сеть абонентского доступа (Customer Access Network CAN);
-сеть межузловой связи (Node Connection Network NСN).
Сеть абонентского доступа СAN обеспечивает подключение пользователей АП сети к узлу коммутации. С одной стороны, УК является опорным пунктом 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 (РАТС), с другой стороны – выступает оконечным пунктом сети NСN, в которых обеспечивается доступ в эту сеть. Территория, на которой сосредоточены АП, включенные в соответствующий УК, определяет его район обслуживания. Границы района обслуживания устанавливаются в зависимости от абонентской плотности и коммутационных возможностей узла. По отношению к АП своего региона обслуживания УК выполняет функцию коммутации, обеспечивая при этом установление связи внутри района. Являясь оконечным пунктом сети межузловой связи, он выступает в роли концентратора, формирующего межузловые потоки к пунктам сети, в которых располагаются информационные и вычислительные ресурсы.
Линии связи, с помощью которых АП подсоединяется к УК, называются абонентскими линиями (АЛ). Абонентскую сеть, имея ввиду участок от УК до АП, образно называют «последней милей» ТС. Проблема «последней мили» состоит в многочисленности АЛ, что определяет значительную часть затрат в их общей сумме на сеть в целом. Решение этой проблемы заключается в организации сети доступа дополнительных распределительных пунктов, являющихся базой для размещения таких устройств, как распределительные коробки, распределительные шкафы, мультиплексоры, концентраторы, ответвители. Использование этих устройств позволяет существенно снизить капитальные затраты на абонентскую сеть. В абонентской сети организуются магистральные участки, выполненные на мощных кабелях, и распределительные участки – так называемые распределительные сети. Чем ближе удается расположить узел абонентской сети к месту сосредоточения абонентов, тем дешевле распределительная сеть. Принципы построения сетей межузловой связи подробно рассмотрены в седьмом разделе.
Принципы организации сети WAN. Сегменты WAN представляют собой совокупность мощных магистралей, объединяющих отдельные локальные и территориальные сети. Магистральные ЛС являются дорогостоящими телекоммуникационными ресурсами, используемыми при транспортировке информационных потоков на огромные расстояния. Эффективное использование этих ресурсов составляет основную проблему при построении WAN. Решение этой проблемы достигается применением специальных высокоскоростных технологий, ориентированных на использование в транспортных сетях. Это, прежде всего, представление всей передаваемой информации в едином цифровом виде и высокой концентрации 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 – автобаны. Вместо перекрестков со светофорами сооружаются развязки, различные по высоте уровней, и съезды, обеспечивающие безостановочное движение транспорта. Для транспортировки грузов организуются контейнерные перевозки. Современные телекоммуникационные технологии позволяют организовать подобное и в сетях связи. Это широкополосные ВОЛС, в которых скорости передачи цифровых потоков достигают нескольких десятков гигабит. Асинхронный режим переноса обеспечивает транспортировку любых видов информации ячейками фиксированной длины, помещенных в специальные транспортировочные модули (виртуальные контейнеры). Доступ к таким сетям обеспечивается при помощи специального оборудования (коммутаторов, мультиплексоров, волновых конвертеров и т.п.), устанавливаемого в узлах доступа к WAN. При рассмотрении WAN в составе сегментов телекоммуникационной сети она классифицируется как опорная сеть. Все остальные сегменты сети при таком представлении можно трактовать как компоненты сети доступа к опорной сети. Следуя этой логике, все элементы, образующие ТС, с помощью, которой терминальные системы пользователей взаимодействуют с оконечными системами, в которых рассредоточены информационные ресурсы сети, можно рассматривать как компоненты сети доступа к информационным ресурсам. При построении WAN используются все базовые топологии («точка–точка», древовидная, кольцо и т.д.), а также их сочетания.