4.5. Протокольная модель, модель реализации и физическая структура
Протокольная модель описывает правила работы сети при взаимодействии объектов и логических модулей для реализации основных процессов передачи и обработки информации. В этой модели все протоколы взаимодействия сгруппированы по 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.4.9).
Оконечная система
А Оконечная система В
N-уровень
N-объект
(N-1)-уровень Сервис
(N-1)-уровня
(N-2)-уровень
Рис. 4.9. Принцип
построения протокольной модели
Физические средства
соединения систем
Логическая
надстройка
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 от обеспечения участия (N-1) – уровня и т.д. Таким образом, N-объекты оказываются вовлеченными во взаимодействие с (N-1) – объектами, (N-2) – объектами и т.д. Каждый нижестоящий уровень предоставляет сервис вышестоящим уровням. Любой объект N-уровня при переходе в активное состояние выдает информацию двух видов: передающую между N-объектами (данные пользователя) и не связанную с операциями «соединения» этих объектов и управляющую, предназначенную 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 взаимодействия объектов одного уровня с другим) и интерфейсы (стандарты взаимодействия объектов соседних уровней).
Международная организация стандартов ISO, анализируя опыт создания информационных и, в особенности, компьютерных сетей во многих странах мира, разработала концепцию построения сетей, названную архитектурой открытых систем. В соответствии с этой концепцией создана протокольная модель, позволившая ввести международные стандарты, определяющие и регламентирующие разработки систем и сетей. Эта модель получила название эталонной модели ВОС (взаимодействия открытых систем). Системы и сети, удовлетворяющие требованиям и стандартам эталонной модели ВОС, т.е. стандартам архитектуры открытых систем, называют открытыми, а системы, не отвечающие этим требованиям, считают закрытыми.
Модель реализации показывает, какие функции, в какой аппаратуре воплощены, а также, посредством каких протоколов реализуются логические интерфейсы между различными аппаратными средствами (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Схема модели реализации
Такая модель – основа взаимодействия оператора сети, 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, – в которой одна или несколько функций реализованы в виде аппаратного обеспечения (Hardware), представляющую 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 – определяет точки и протокольные спецификации между устройствами различного назначения либо аппаратурой и модулями ПО;
- модуль ПО – относительно независимая часть программы, реализующая одну или несколько функций исключительно посредством программного обеспечения (Software);
- интерфейс прикладных программ – интерфейс реализации между программными модулями, не имеющий физических компонентов;
- физический интерфейс – физическая среда для передачи сигналов между различной аппаратурой;
- система – совокупность аппаратных и программных модулей, функционирующих как единое целое;
- сегмент – одна или несколько систем, выполняющие 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, 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 сети 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, являющиеся внутренними по отношению к сегменту, обычно имеют более низкий приоритет в стандартизации межсегментных интерфейсов – решающий фактор в создании глобальной информационной инфраструктуры.
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 телефон, телевизор, факс, персональный компьютер, сетевой компьютер, процессор.
Системы передачи (СП) – это совокупность технических средств, позволяющих организовать каналы связи для прохождения сигналов в линейном тракте передачи (ЛТП). К числу таких технических средств относится каналообразующее оборудование, устанавливаемое 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, обеспечивающие стыковку каналообразующего оборудования с коммутационными системами, контроль качества передачи, обнаружение и коррекцию ошибок и др. В зависимости от вида сигналов, передаваемых в линейном тракте, СП делятся на аналоговые и цифровые.
Система распределения информации представляет собой оборудование, устанавливаемое в УК и реализующее функции коммутации и концентрации. Два и более тракта передачи информации, скоммутированные последовательно один за другим с помощью устройств распределения информацией, представляют собой соединительный тракт передачи информации (СТПИ). При создании СТПИ между двумя АП говорят, что между ними скоммутирован канал связи. Возможна коммутация многоканальных линий связи (широкополосная коммутация линий). Системы распределения классифицируются в соответствии с двумя основными принципами установления связи: непосредственной и косвенной через запоминающее устройство (рис. 4.11). В зависимости от вида сигналов, передаваемых по коммутируемым каналам связи, устройства распределения информации, как и системы передачи, делятся на аналоговые и цифровые.
а – непосредственная связь;
б – косвенная связь
Рис. 4.11 Принципы организации связи
Система управления (СУ) обеспечивает в целом возможность функционирования сети. Управление сетью основывается на сборе статистики о прохождении сигналов и возникающих в неординарных или аварийных ситуациях, тестировании (проверке) состояния элементов сети. Эти функции невозможно осуществить без сигнализации о состоянии систем (выходе из строя систем передачи или коммутации). Для передачи служебных сигналов в СУ используются специальные служебные каналы, соединяющие пункты управления сетью и элементы сети. Таким образом, система управления сетью относится к системам распределенного типа и имеет сетевую архитектуру. Основная концепция формирования такой архитектуры получила название концепции сети управления телекоммуникациями.
Разнообразие аппаратуры, средств передачи, телекоммуникационных технологий обуславливает большое количество возможных реализаций сегментов сети и интерфейсов между ними. В частности, в качестве сегментов сети доступа могут быть использованы следующие сети: на основе медного кабеля (коммутируемая телефонная сеть общего пользования ТфОП, ЦСИО; на основе медных проводников с использованием технологии «Цифровая абонентская линия» DSL, предоставляющей возможность высокоскоростной передачи данных; кабельного телевидения; на основе оптического волокна; пассивный оптический контур; с применением радиосвязи на абонентском шлейфе (RITL); цифровая мобильного доступа; наземного телевизионного вещания; прямого спутникового вещания; доступа с использованием геостационарных спутников (например, Инмарсат); среднеорбитальные и низкоорбитальные спутниковые сети доступа.
Примерами сегментов сети межузловой связи являются следующие сети: ТфОП; ПД с коммутацией пакетов РSTN, с ретрансляцией кадров (технология Frame Relay), Интернет; арендованных каналов. В качестве сегментов опорной сети применяют транспортные сети с использованием технологий высокоскоростной передачи цифровых потоков (синхронные цифровые сети SDH).
Физически реализуемая часть протоколов также может быть выполнена в виде отдельных устройств. Так, например, протоколы второго уровня эталонной модели ВОС в основном реализуются в таких устройствах, как концентраторы, коммутаторы. Протокол третьего уровня эталонной модели ВОС реализует устройство, называемое маршрутизатором. Это многофункциональное устройство, способное различать протоколы сетевого уровня, принимать решения при выборе пути передачи информации и обеспечивать экономичный доступ к территориальным сетям, построенным на основе различных технологий.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятию «архитектура сети».
2. Назовите уровни представления сети с точки зрения его востребования и взаимодействия с сетью.
3. Что должен знать пользователь на своем уровне о сети?
4. Поясните взаимодействие пользователя с сетью.
5. Какие задачи решаются на уровне провайдера?
6. Какие функции оператора сети?
7. Перечислите составляющие структуры информационной сети.
8. Дайте характеристику организационной структуры сети.
9. С точки зрения системологии укажите основные закономерности для сети связи.
10.Какая закономерность определяет множество связей системы?
11.Что определяет эмержентность сети связи?
12.Что такое топология сети? Ее физическая и логическая сущность.
13.Назовите базовые топологии сети. Укажите их особенности.
14.Какая топология присуща ГТС и СТС?
15.Особенности ячеистой (сетеобразной) топологии.
16.Приведите характеристику организационной структуры архитектуры сети.
17.Дайте характеристику узлам (пунктам) сети.
18.Что такое мультиплексирование?
19.Общая характеристика линий связи сети.
20.Поясните территориально-функциональную иерархию сети.
21.Охарактеризуйте локальную сеть и принципы организации LАN.
22.Принцип организации МАN.
23.Что собой представляет сеть абонентского доступа?
24.Поясните принцип организации сети WАN.
25.Дайте характеристику функциональной модели.
26.Чем определяется характер взаимодействия прикладных объектов. Дайте пояснение, приведите примеры.
27.Что такое модель сети: протокольная?
28.Охарактеризуйте модель реализации сети.
29.Что отображает физическая структура сети?
30.Какие функции выполняет система управления в архитектуре сети?