ISiTK_2lec_osr / Лекция 26

Лекция 26. Принципы построения сетей связи

Принципы построения единой сети электросвязи Российской Федерации

Основой электросвязи нашей страны является Единая сеть электросвязи Российской Федерации (ЕСЭ РФ), обеспечивающая предоставление услуг электросвязи на территории РФ подавляющему числу абонентов. ЕСЭ РФ - совокупность технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования, ведомственных и других сетей электросвязи на территории РФ независимо от ведомственной принадлежности и форм собственности, обеспеченная общим централизованным управлением.

Сети связи общего пользования - составная часть ЕСЭ РФ, открытая для пользования всем физическим и. юридическим лицам. Эти сети отличаются широкой разветвленностью, охватывают всю территорию страны и обслуживают основной контингент населения. К ним относятся телефонная и телеграфная сети общего пользования, сети передачи данных, газет и т.д. Эти сети имеют статус национальных сетей. Для взаимосвязи сетей общего пользования с международными сетями мирового сообщества, Международный Союз Электросвязи (МСЭ) выделяет этим сетям международные коды страны.

Наряду с сетями общего пользования в МСЭ используется понятие «частные сети» или корпоративные сети, под которыми понимаются сети частного или ограниченного пользования. Доступ к таким сетям возможен только для определенного контингента абонентов. Сетями ограниченного пользования являются ведомственные сети, а также сети связи в интересах обороны, безопасности и охраны правопорядка. Ведомственные сети связи принадлежат министерствам и ведомствам для обеспечения производственных и специальных нужд и имеют выход на сеть общего пользования.

Общим признаком сетей ЕСЭ РФ является охват их общим централизованным управлением. Базируется ЕСЭ РФ на принципах организационно-технического единства:

- проведение единой технической политики;

- применение единого комплекса максимально унифицированных технических средств;

• единая номенклатура типовых каналов и сетевых трактов;

• единые для первичных и вторичных сетей системы технической эксплуатации

Сети связи имеют территориальное деление: магистральный участок, внутризоновый, местный.

Архитектура ВСС РФ включает три уровня, рис. 1.

1. Системы (службы) электросвязи, т.е. комплекс средств, обеспечивающий предоставление пельзователям услуг электросвязи.

2. Вторичные сети связи, обеспечивающие транспортировку, коммутацию, распределение сигналов в службах электросвязи.

3. Первичные сети, обеспечивающие вторичные сети каналами передачи и физическими цепями.

В качестве составной части соответствующей службы в архитектуру входит оконечное оборудование, расположенное у пользователя.

Строится ЕСЭ РФ на оборудовании связи: коммутационном, систем передачи и терминальном оборудовании пользователя.

Рис. 1. Архитектура Единой сети электросвязи Российской Федерации

Первичной сетъю ЕСЭ называется совокупность линий передачи, сетевых узлов и сетевых станций, образующих сеть типовых каналов передачи и сетевых трактов. На рис.2 поясняется принцип организации первичной сети. Сетевые узлы организуются на пересечении нескольких линий передачи, в них устанавливается каналообразуюшая аппаратура систем передачи, и осуществляется переключение каналов или их групп, принадлежащих разным системам:

На рис.2, окончания каналов показаны кружочками. Сетевые станции являются оконечными устройствами первичной сети и предназначены для подключения потребителей к этой сети.

Первичная сеть по территориальному принципу подразделяется на магистральные, внутризоновые и местные первичные сети.

Магистральная первичная сеть соединяет каналами различных типов все областные и республиканские центры.

Внутризоновая первичная сеть, в основном, соединяет различными каналами районные сети данной области друг с другом и с областным центром.

Местные первичные сети ограничены территорией города или сельского района. Они обеспечивают возможность организации каналов (или физических пар проводов) между станциями v. узлами этих сетей, а также между абонентами. Часто внутризоновую сеть и местные первичные сети объединяют одним названием - зоновая первичная сеть.

Рис.2. Структура первичной сети

Рассмотренное территориальное деление предполагает трехъярусную структуру первичной сети. Самый низкий ярус включает в себя местные сети, распределенные по всей территории страны. Средний ярус - внутризоновые сети. Самый высокий ярус -магистральная сеть связи, объединяющая в единую сеть связи все внутризоновые сети.

Все магистральные сетевые узлы относятся к узлам первого класса, внутризоновые -к узлам второго класса и местные - к узлам третьего класса.

Основным связующим звеном первичной сети являются системы передачи. На первичной сети широко используются системы ЧРК, ВРК и цифровые системы передачи на основе технологий PDH и SDH.

Основными типовыми канапами передачи первичной сети ЕСЭ являются канал тональной частоты (ТЧ), обеспечивающий передачу между двумя сетевыми узлами (станциями) или между сетевым узлом и сетевой станцией электрических сигналов с полосой частот 0,3 - 3,4 кГц, и основной цифровой канал (ОЦК) со скоростью передачи 64 кбит/с, а также типовые каналы и тракты в соответствии с иерархией АСП и ЦСП.

Каналы первичной сети служат основой для построения вторичных сетей, которые различаются по виду передаваемых сообщений. В состав вторичной сети входят: оконечные абонентские установки, абонентские линии, узлы коммутации, каналы, выделенные из первичной сети для образования данной вторичной сети.

В зависимости от вида передаваемых сообщений различают следующие вторичные сети: телефонную, телеграфную, передачи данных, факсимильную, передачи газет, звукового вещания, интегрального обслуживания (ISDN).

Совокупность технических или программных средств для приема, обработки, распределения и передачи сообщений или вызовов называется узлом коммутации (УК). Основную долю оборудования УК представляют кросс и коммутационное оборудование.

Такие вторичные сети, как телефонные и факсимильные, на данном этапе чаще всего используют способ коммутации каналов, а телеграфные и передачи данных могут использовать различные способы коммутации: каналов, сообщений, пакетов.

В зависимости от числа абонентов и размеров территории вторичные сети могут иметь различную структуру.

На реальных сетях связи обычно применяются комбинированные принципы -радиально-узловой и «каждый с каждым». При этом узлы 1 -го класса соединяются между собой по принципу «каждый с каждым» и одновременно являются центрами радиально-узлового построения сети, рис.3.

Рис.3. Построение вторичных сетей электросвязи: сочетание принципов радиально-узлового и «каждый с каждым»

Принципы многоуровневого подхода

Средства сетевого взаимодействия могут быть представлены на основе многоуровневого подхода. При этом все множество модулей разбивается на уровни, образующие иерархию, то есть имеются вышележащие и нижележащие уровни Преимуществом многоуровневого подхода является возможность модификации отдельных модулей без изменения остальной части системы. Модули нижнего уровня могут, например, обеспечивать надежную передачу электрических сигналов между двумя соседними узлами. Модули более высокого уровня организуют транспортировку сообщений в пределах всей сети, используя средства нижележащих уровней. На верхнем уровне функционируют модули, обеспечивающие пользователям доступ к различным службам.

В процессе обмена сообщениями между двумя участниками необходимо организовать согласованную работу соответствующих уровней иерархии и принять различные соглашения. Например, оба участника должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, установить методы контроля достоверности и т.д.

Соглашения должны быть приняты для всех уровней: от самого низкого - уровня передачи единичных элементов до самого высокого, реализующего сервис для пользователей сети.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты одноименных уровней разных узлов (систем), называются протоколами. Модули соседних уровней одного узла также взаимодействуют друг с другом в соответствии с четко определенными правилами, которые называются интерфейсом. В практике телекоммуникационных систем и сетей встречается нескслько другое определение, не противоречащее рассмотренному: под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных программных и конструкторских средств, необходимых для реализации взаимодействия

различных функциональных элементов в системе или сети. Кроме рассмотренных используется более узкое, чем интерфейс, понятие стык, которое обозначает совокупность соединительных цепей и правил взаимодействия различных устройств определяющих тип и назначение соединительных цепей, порядок обмена, а также тип и форму сигналов, передаваемых по этим цепям. Коммуникационные протоколы могут быть реализованы аппаратно и программно. Протоколы нижних уровней реализуются комбинацией программных и аппаратных средств, а протоколы верхних уровней как правило, чисто программными средствами.

В начале 80-х годов ряд международных организаций по стандартизации - ISO. ITU-T и другие разработали модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Эта модель определяет различные уровни взаимодействия систем, присваивает им стандартные имена и определяет функции каждого уровня. Полное описание этой модели составляет более 1000 страниц текста. В рамках данной модели под открытостью понимается готовность сетевых устройств взаимодействовать между собой с использованием стандартных правил. Примером открытой системы является международная сеть Internet. На рис. 4. представлена обобщенная модель взаимодействия открытых систем А и В (модель ВОС или OSI). Средства взаимодействия делятся на семь уровней: прикладной, представительный, сеансовый, транспортный, сетевой, канальный и физический. Рассмотрим назначение уровней.

Уровень 1 - физический (Physical layer) обеспечивает установление соединения, поддержание и разъединения физических каналов для передачи электрических сигналов в виде единичных элементов (битов).

Примерами физических каналов являются коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконный кабель или цифровой канал. На этом уровне определяются характеристики физических сред (полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и т.д.) и электрических сигналов (крутизна фронтов импульсов, уровни напряжений или токов, тип кодирования, скорость передачи и т.д.).

Рис. 4. Модель взаимодействия открытых систем ВОС (ISO/OSI)

Уровень 2 - канальный (Data Link layer) в качестве одной из задач осуществляет проверку доступности среды передачи. Иными словами, одной из функций этого уровня является установление соединения, поддержание и разъединение канала передачи данных. Другой задачей канального уровня является повышение верности передачи на основе обнаружения и исправления ошибок.

Уровень 3 — сетевой (Network layer) предназначен для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей, которые используют разные протоколы канального уровня. В данном случае под сетью понимается совокупность узлов или станций, объединенных одной из типовых топологий и использующих для передачи данных один из канальных протоколов. Доставка данных между сетями осуществляется сетевым уровнем и в том случае, когда структура межсетевых связей отличается от принятой в канальных протоколах.

Проблема выбора наилучшего пути доставки сообщений называется маршрутизацией и осуществляется маршрутизаторами. Маршрутизатор — это устройство, которое собиргет сведения о топологии межсетевых соединений и на этой основе пересылает сообщения сетевого уровня в сеть назначения. Сообщения сетевого уровня называются пакетами (packets). На сетевом уровне определяется два вида протоколов. Сетевые протоколы (routed protocols) — осуществляют продвижение пакетов через сеть Другой вид протоколов называется протоколами маршрутизации (routing protocols). Посредством этих протоколов в маршрутизаторах собирается информация о топологии межсетевых соединений.

Уровень 4 — транспортный (Transport layer) обеспечивает верхним уровням (прикладному и сеансовому) передачу данных с той степенью надежности, которая им необходима. Модель OSI определяет пять классов сервиса, предоставляемых транспортным уровнем. Выбор класса сервиса этого уровня определяется, как степенью надежности, обеспечиваемой протоколами более высоких, чем транспортный, уровней так и надежностью транспортировки данных в сети на уровнях, расположенных ниже транспортного.

Уровень 5 — сеансовый (Session layer) обеспечивает управление диалогом: фиксирует какая из сторон является активной в данный момент, предоставляет средства синхронизации. Эти средства позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы з случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке. На практике сеансовый уровень редко реализуется в виде отдельных протоколов.

Уровень б — представительный (Presentation layer) имеет дело с формой представления передаваемой информации, не меняя ее содержания, Благодаря этому уровню, информация, передаваемая прикладным уровнем одной системы, всегда понятна прикладному уровню другой системы. С помощью средств данного уровня протоколы прикладных уровней могут преодолеть синтаксические различия в представлении данных или же различия з кодах символов. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование дачных для обеспечения секретности обмена данными сразу для всех служб.

Уровень 7 — прикладной (Application layer) — это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, такие как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также организуют свою совместную работу, например, с помощью протокола электронной почты.