Проетирование и внедрение компьютерных сетей

• обеспечение работы видео- и мультимедиа-приложений, работающих в нескольких локальных сетях.

«I»-серии стандартов ISDN включают в себя следующие наборы стандартов:

•1.100 – введение в ISDN и глоссарий (список терминов);

•1.200 – перечень возможностей, имеющихся для пользователей, в том числе:

•полная и гарантированная совместимость между оконечными узлами;

•стандартные терминалы и процедуры;

•список абонентов ISDN в международном каталоге;

•стандартные процедуры тестирования и сопровождения;

•правила тарификации и учета;

•1.300 – стандарты, ориентированные на сетевые вопросы (такие как нумерация и адресация);

•1.400 – стандарты, описывающие сетевой интерфейс (такие вопросы, как конфигурации оборудования, скорости передачи и спецификации протоколов);

•1.500 – стандарты, определяющие интерфейс между сетями ISDN и другими типами сетей;

•1.600 – здесь описываются установка абонентов, серверы доступа и общие вопросы архитектуры.

Реализация сетей ISDN оказалась дорогой для компаний дальней связи. Поскольку эти сети полностью цифровые, необходимо было заменить устаревшие аналоговые и электромеханические коммутаторы. В США компании дальней связи, такие как AT&T, MCI и Sprint, а также многие региональные телефонные компании предоставляют услуги ISDN для личного пользования, домашних офисов и организаций. Сети ISDN имеют следующие достоинства:

•возможность передачи по одной сети речевых сигналов, данных и видео информации;

•наличие многоуровневого стека протоколов, совместимых с эталонной моделью OSI;

•коммуникационные каналы со скоростями, кратными 64, 384 и 1536 Кбит/с;

•наличие служб коммутируемых и некоммутируемых соединений;

Сетевыеслужбы1.200

Раздел 1.200 спецификаций ITU-T для сетей ISDN описывает различные сетевые средства, которые делятся на передающие службы, телекоммуникационные службы и вспомогательные службы. Передающие службы имеют сетевые опции и опции пакетов. Сетевые опции перечислены в табл. 7.1. В столбце "Канал" приведены имена коммуникационных ISDNканалов, используемых для обеспечения работы службы. Опции пакетов передающих служб включают в себя каналы виртуального вызова и постоянные каналы виртуального вызова, которые выполнены по аналогии с коммутируемыми и постоянными виртуальными каналами сетей Х.25.

Таблица 7.1. Сетевые опции ISDN

Телекоммуникационные службы предназначены для речевых коммуникации с частотой 3,1 кГц. К ним также относятся службы телекса для интерактивного обмена текстовыми сообщениями, а также службы факса и видеотекс (видеографии), обеспечивающие получение цифровой почтовой информации (включая тексты и графику). Вспомогательные службы в первую очередь предназначены для поддержки речевых коммуникаций. Сюда относятся определение идентификатора вызывающей стороны(caller ID) игрупповойвызов.

Цифровыекоммуникационные службы

Узкополосная ISDN-сеть (N-ISDN) поддерживает интерфейсы двух типов: интерфейс базового уровня (basic rate interface, BRI) и интерфейс основного уровня (primary rate interface, PRI).

В ISDN-сети с интерфейсом базового уровня (BRI) используется разновидность множественного доступа с уплотнением каналов (также называемого мультиплексированием с разделением времени

– см. главу 2). Такая сеть имеет общую пропускную способность, равную 144 Кбит/с. Интерфейс базового уровня состоит из трех каналов: двух несущих (bearer, В) каналов для передачи данных, речи и графики со скоростью 64 Кбит/с и третьего – D-канала (Delta, иногда называемого Demand (запрос)), обеспечивающего скорость 16 Кбит/с и используемого для передачи сигналов управления коммуникациями, коммутации пакетов и верификации кредитных карт. Главная задача D-канала – обеспечить прохождение и снятие ISDN-вызова, а также начало и окончание сеанса передачи данных. Интерфейсбазовогоуровняприменяетсядлявыполненияследующихзадач:

•обеспечение связи локальных сетей;

•проведение видеоконференций;

•подключение кпоставщикууслугИнтернета;

•высокоскоростной обмен данными с надомными работниками и домашнимиофисами. Несколько BRI-каналов можно связать между собой (сгруппировать) для обеспечения

фирм AT&T (АТТ) или North Telecom (NTI)). В большинстве случаев при установке терминального адаптера системы Windows 2000 и Windows XP распознают его и конфигурируют автоматически. После установки адаптера в системе Windows 2000 выберите значок My Computer (Мой компьютер) и щелкните правой кнопкой мыши; в системе Windows XP в меню Start (Пуск) выберите пункт My Computer (Мой компьютер) и щелкните правой кнопкой мыши. В появившемся контекстном меню выберите команду Manage (Управление). В дереве объектов выберите узел Device Manager (Диспетчер устройств). Вправой половине окна выберите название терминального адаптера и дважды щелкните по нему, чтобы настроить тип коммутатора. Если адаптер не виден в этом окне, дважды щелкните по узлу Modems (Модемы) и выберите терминальный адаптер в этой ветке дерева устройств.

ISDN-сети с интерфейсом основного уровня (PRI) обеспечивают более высокую по сравнению с BRI ISDN скорость передачи данных, при этом суммарная полоса пропускания коммутируемых данных достигает 1,536 Мбит/с. В США и Японии интерфейс основного уровня состоит из 23 64килобитных В-каналов и одного 64-килобитного D-канала для передачи служебных сигналов и коммутации пакетов. Европейские сети PRI ISDN имеют 30 64-килобитных В-каналов и один 64килобитный канал для служебных сигналов или коммутации. PRI-интерфейсы используются для связи локальных сетей и поставщиков услуг Интернета, а также для проведения видеоконференций и (в корпоративных сетях) для подключения надомных работников, имеющих

ISDN-доступ.

Для подключения клиентов к PRI-интерфейсу используется мультиплексор (как показано на рис. 7.10) или частная телефонная система, а также группа из 24 каналов, называемая транком (магистралью). Мультиплексор обычно применяется тогда, когда PRI ISDN обеспечивает связь между локальными сетями, для поставщика услуг Интернета он может представлять собой внешнее устройство или модуль в маршрутизаторе. Частная телефонная система используется для организации видеоконференций и центров обработки телефонных вызовов, имеющих базы абонентских номеров, связанных с пользовательскими службами. Такая телефонная система должна иметь возможность подключения к PRI ISDN. В одной точке можно использовать несколько PRIмагистралей, и в этом случае количество D-каналов, применяемых для передачи служебных сигналов, можно сократить. Например, если компания имеет пять PRI-магистралей для решения коммуникационных задач, то она может приобрести только один или два D-канала (второй D-канал может использоваться в качестве резервного в случае отказа первого канала). В практическом задании 7-4 рассказано о том, как узнать о имеющихся в вашем регионе ISDN-сетях, предоставляющих BRI- и PRI-интерфейсы.

Широкополосные сети ISDN

Развитие высокоскоростных сетей привело к появлению широкополосных ISDN-сетей (broadband ISDN, B-ISDN). Эта развивающаяся технология предназначена для обеспечения совместимости с сетями ATM и SONET (рассматриваемыми в следующих главах). Широкополосные ISDN-сети предназначены для коммуникаций со скоростями от 155 Мбит/с до 1 Гбит/с (и выше) по оптоволоконному кабелю. В них применяется не коммутация пакетов, а

коммутация ячеек. На момент написания книги эта технология еще не стала распространенной по причине отдельных успехов в области сетей ATM (в которых используются некоторые элементы, изначально описанные в спецификациях сетей B-ISDN) и SONET.

ПринципыработыISDN-сетей

Сети ISDN совместимы со многими существующими цифровыми сетями телекоммуникационными технологиями, среди которых ATM, X.25, SMDS и линии Т-1. Как было показано в табл. 7.1, сеть ISDN образуется из 64-килобитных каналов: каналов В, С, D, НЮ, НИ, Н12 (применяемых в Европе) иН4Х(широкополосных).

Для передачи по сети цифровых сигналов используются два метода. Первый из них называется

уплотнением с временной компрессией (time-compression multiplexing), когда 16или 24-

разрядные блоки данных передаются в виде повторяющихся цифровых пакетов. Между пакетами имеется пауза, позволяющая линии подготовиться к передаче следующего пакета. Следовательно, после передачи пакета в одном направлении следует пауза, после которой пересылается пакет в обратном направлении. Скорость передачи пакета равна 288 Кбит/с. Из-за переключения направлений фактическая скорость передачи данных составляет 144 Кбит/с. Пакетами данных управляет центральное устройство синхронизации.

Второй метод передачи – эхоподавление (echo cancellation). В этом случае данные одновременно передаются в обоих направлениях. Для подключения трансивера (приемопередатчика) к абонентской линии используется устройство, называемое гибридным (hybrid). При осуществлении одновременных двунаправленных коммуникаций часто возникает отражение (эхо) передаваемого сигнала. Отраженный сигнал в линии может в три раза превышать по мощности истинные сигналы, из-за чего данные трудно распознать. Для борьбы с отраженными сигналами в ISDN-сетях применяется эхоподавитель, который определяет амплитуду этих сигналов и вычитает ее из амплитуды входящих сигналов. Поскольку мощность эхосигналов может варьироваться, в эхоподавителе используется цепь обратной связи, позволяющая непрерывно измерять амплитуду отраженного сигнала.

ISDNимногоуровневыекоммуникацииOSI

В ISDN-сетях используются многоуровневые коммуникации, соответствующие Физическому, Канальному, Сетевому и Транспортному уровням эталонной модели OSI (рис. 7.11). Уровень 1 сети ISDN обеспечивает передачу сигналов и обнаружение конфликтов (что необходимо, т. к. два узла могут начать передачу одновременно). Для обнаружения коллизий и определения очередности циклов передачи используется эхоразряд. Передаваемой информации Уровень 1 дает наивысший приоритет. При наличии конфликта между речевыми сигналами и данными более высокий приоритет получает речевая (телефонная) связь. Уровень 2 управляет служебными данными и обеспечивает самое строгое обнаружение коммуникационных ошибок, что позволяет добиться высокой надежности при передаче информации. Уровень 3 управляет установлением и снятием запросов, а также обеспечивает связь между соединениями с коммутацией каналов и соединениями с коммутацией пакетов. Уровень 4 гарантирует надежность коммуникационного маршрута после того, как тот установлен.

ФорматфреймаLAPD

На Уровне 2 ISDN, называемом Link Access Procedure D channel (LAPD) (D-канал операций доступа к каналу) используется формат фрейма, показанный на рис. 7.12. По структуре он напоминает LAPB-формат сетей Х.25. LAPD также называется протоколом Q.921.

Фрейм содержит следующие поля:

•флаг (Flag) – указывает на начало фрейма;

•адрес (Address) – содержит адрес конечного узла (или узлов – поскольку один фрейм может предназначаться нескольким пунктам назначения);

•управление (Control) – содержит данные, управляющие процессом передачи, в том числе идентификатор используемого канала и тип пересылаемого пакета;

•данные (Data) – содержит заголовок пакета и полезную нагрузку, передаваемую по сети

ISDN;

•контрольная последовательность кадра (Frame Check Sequence, FCS) используется для обнаружения ошибок;

•флаг (Flag) – указывает на конец фрейма.

ПротоколуправлениясоединениямиQ.931

На Уровне 4 ISDN используется протокол Q.931, обеспечивающий управление соединением по D-каналу и отвечающий за установление и разрыв соединения. Блоки управляющей информации, передаваемой этим протоколом, называются информационными элементами. Например, информационные элементы протокола Q.931 могут содержать следующие команды:

•Setup – запрос соединения;

•Call Proceeding – обработка запроса на соединение;

•Connect – окончание обработки запроса на соединение;

•Connect Acknowledgement – проверка соединения;

•Suspend – временная приостановка процесса передачи информации, при этом могут осуществляться другие коммуникации;

•Resume – возобновление приостановленного процесса передачи информации;

•Disconnect – запрос на окончание коммуникационного сеанса;

•Release – процесс завершения коммуникационного сеанса;

•Release Complete – окончание процесса завершения коммуникационного сеанса.

Особенности подключения к сетям ISDN

Ответ на вопрос "имеются ли сети ISDN в моем регионе?" зависит от того, какие услуги предоставляет ваша телефонная компания и модернизировано ли телекоммуникационное оборудование в вашем городе для работы с ISDN. При знакомстве со службами ISDN уточните, какой протокол используется вашим поставщиком услуг. Самыми распространенными являются протоколы National ISDN-1 (N1-1) и National ISDN-2 (N1-2). Знать, какой протокол применяется, нужно для того, чтобы настроить телекоммуникационное оборудование на площадке клиента. Протокол N1-1 обычно выбирается региональными телефонными компаниями и операторами дальней связи, а некоторые из них используют протокол N1-2, являющийся последней версией ISDN-протокола.

Подключение к ISDN-сети может обеспечить кабель на основе витых медных пар или оптоволоконный кабель. Лучше применять оптоволокно, поскольку оно обеспечивает наилучшие коммуникационные параметры и высокую скорость (в особенности для сетей PRI ISDN и B- ISDN). При использовании витой пары следует учитывать три момента. Во-первых, длина линии между поставщиком услуг и абонентом не должна превышать 5,5 км (если отсутствуют повторители для увеличения этого расстояния). Во-вторых, следует применять высококачественные кабели, при этом нужно минимизировать факторы, влияющие на уменьшение амплитуды сигнала (например, несогласованные телефонные кабели или большое количество кросс-соединений в монтажном шкафу). В-третьих, нужно убрать существующие фильтры и устройства подавления шумов в аналоговых сигналах, поскольку они вносят искажения в цифровые сигналы

Подключение к сети ISDN через Т-линию

Если вы подключаетесь к сети ISDN не по специально выделенной линии (а, например, по Т- линии), то поставщик услуг, вероятнее всего, предложит вам канальные службы, пакетные службы или службы обоих типов. Канальные службы (службы канального режима) предоставляют коммуникационный канал на время сеанса передачи пользовательских данных и используются монопольно двумя соединенными устройствами до тех пор, пока канал не будет разорван. Чаще всего такие службы применяются для передачи речи. Пакетные службы (службы пакетного режима), предназначенные для передачи данных, предусматривают возможность использования нескольких каналов в течение одного сеанса передачи данных, при этом в начале сеанса каждому подключенному устройству назначается адрес и номер последовательности, благодаря которым обеспечивается доставка данных в указанный пункт назначения. Преимуществом пакетных служб является то, что они максимально используют имеющуюся полосу пропускания сети.

СлужбаSMDS

Служба Switched Multimegabit Data Service (SMDS), разработанная компанией Bell Communications,

впервые была продемонстрирована в 1990 году в качестве системы на основе телекоммуникационных каналов, предназначенной для объединения сетей FDDI в региональную сеть. В настоящее время эта служба может также связывать сети Ethernet и Token Ring. Служба SMDS представляет собой технологию передачи данных с использованием ячеек, она обеспечивает скорость передачи до 155 Мбит/с по Т-линиям и широко применяетсявЕвропе.

С самого начала служба SMDS была совместимой с сетями B-ISDN, что обеспечило возможность очень быстрой передачи ячеек SMDS на большие расстояния. Эти ячейки обрабатываются SMDSкоммутаторами, которые связываются между собой с помощью высокоскоростных каналов DS-1, ISDN и SONET (рассматриваются в этой главе позже). SMDS – это транспортный механизм без установления соединения, позволяющий уменьшить издержки за счет того, что задача обнаружения ошибок передается интеллектуальным оконечным устройствам (таким как коммутаторы и маршрутизаторы).

Примечание

В США службы SMDS впервые применялись региональными телефонными компаниями

(такими как Verizon и SBC Pacific Bell). Многие из этих компаний в настоящее время переключили свое внимание на сети SONET, обеспечивающие более высокие скоростные показатели.

Служба SMDS была разработана для передачи данных в высокоскоростных региональных сетях, она должна обеспечить выполнение следующих задач:

•предоставлениевысокоскоростныхканаловсвязидлярегиональныхсетей;

•передачабольшихграфическихфайлов(например, рентгеновскихснимков);

•передача архитектурных чертежей и файлов систем автоматизированного проектирования (САПР);

•быстрый доступ к библиотечным хранилищам и электронным каталогам.

Архитектура SMDS масштабируемая и предусматривает использование Яличных коммуникационных скоростей, поэтому служба SMDS может легко интегрироваться как в региональные сети (для которых она и была первоначально разработана), так и в глобальные сети. Другим достоинством службы SMDS является то, что она совместима со множеством протоколов, включая TCP/IP, SNA, IPX/SPX, DECnet и AppleTalk. Поскольку для передачи данных служба SMDS использует ячейки, при работе в глобальных сетях о может пропускать очень большие фреймы, не фрагментируя их на более мелкиеблоки.

АрхитектураSMDS

Интерфейс службы SMDS носит название Distributed Queue Dual Bus (DQDB) (двойная шина распределенных запросов) и образуется двумя оптоволоконными кабелями с общим доступом. С одного конца оба кабеля подключаются к оборудованию клиента, а с другой – к коммутатору, установленному у поставщика услуг (рис. 7.13). Данные по каждому кабелю передаются только в одну сторону: по одному кабелю информация поступает от клиента к поставщику, а по другому – в обратном направлении. Наличие двух независимых однонаправленных шин устраняет вероятность возникновения конфликтов.

В DQDB-интерфейсе информационный поток по каждой шине квантуется по времени, при этом используется разновидность множественного доступа с временным разделением (ТОМА). Любое подключенное устройство может в любой момент получить доступ к шине за исключением тех случаев, когда по шине передаются данные. Тактируемый доступ осуществляется посредством распределения квантов времени между устройствами, так что ни одно устройство не может получить выделенный квант полностью. К SMDS-шине можно подключить до 512 устройств, при этом ее общая длина может составить до 160 километров.

Для организации SMDS-шины обычно используются Т-линии. Скорость передачи данных по ним будет, однако, меньше общей пропускной способности, поскольку часть полосы пропускания выделяется для управляющих и служебных сигналов. Например, линия Т-1 имеет скорость 1,544 Мбит/с, а служба SMDS сможет передавать данные по этой линии только со

скоростью 1,17 Мбит/с. При использовании линии Т-3 с уровнем доступа DS-3 служба SMDS делит линию на несколько классов обслуживания, пропускная способность которых образуется как комбинация скоростей 4, 10, 16, 25и34 Мбит/с.

Примечание

Некоторые телекоммуникационные компании предлагают услуги SMDS по частным линиям Т-1, которые имеют скорость передачи 56 Кбит/с (а не полную скорость частной линии Т-1, которая составляет64 Кбит/с).

СлужбаSMDS, котораявпервуюочередьпредназначена дляпередачиданных, преобразует фреймы, полученные из локальных сетей, в ячейки. Исключение составляют фреймы маршрутизации и сетевых функций, которые должны конвертироваться и которые обрабатываются интерфейсом SMDS Data Exchange Interface (SMDS-DXI). Этот интерфейс вместо ячеек использует фреймы в формате High-level Data Link Control (HDLC), который напоминает форматы протоколов Х.25 LAPB

и ISDN LAPD. I

МногоуровневыекоммуникацииSMDS иструктураячейки

Служба SMDS реализует коммуникационные уровни, соответствующие Физическому, Канальному и СетевомууровнямэталонноймоделиOSI (рис. 7.14)

На Физическом уровне используется стандарт IEEE 802.6 на передачу данных в региональных сетях, а на Канальном уровне коммуникации осуществляются на подуровне LLC. Сетевой уровень образуют коммуникационные маршруты, служащие для передачи данных.

Ячейка SMDS имеет фиксированную длину, равную 53 байтам, и состоит из заголовка, модуля сегментации и хвостовика (рис. 7.15). В состав заголовка входят следующие поля:

•Управление доступом (Access Control) – содержит информацию, указывающую на то, откуда была отправлена ячейка: либо от клиентского оборудования (например, от маршрутизатора), либо от SMDS-коммутатора, расположенного у поставщика услуг;

•Управление сетью (Network Control) – указывает, например, тип содержимого ячейки: либо это управляющая информация, либо данные;

•Тип сегмента (Segment Type) – указывает, содержит ли ячейка начало, середину или окончание последовательности сегментов сообщения, или же все сообщение располагается в ячейке целиком;

•Идентификатор сообщения (Message ID) – содержит уникальный номер, присваиваемый всем ячейкам в последовательности сегментов сообщения и указывающий на то, что все эти ячейки должны обрабатываться как единое целое.

Модуль сегментации в ячейке содержит полезную нагрузку, которая представляет собой пользовательские данные, передаваемые по сети SMDS. Хвостовик ячейки состоит из двух полей: поля длины полезной нагрузки и контрольной (CRC) суммы для полезной нагрузки. Первое из этих полей указывает, какую часть, модуля сегментации составляет полезная нагрузка, а какая часть модуля пустая. Если полезная нагрузка отсутствует, поле длины полезной нагрузки содержит нули. Поле контрольной (CRC) суммы Для полезной нагрузки позволяет принимающему узлу убедиться в том, что информация, содержащаяся в полях типа сегмента, идентификатора сообщения, модуля сегментации и в поле длины полезной нагрузки, не исказилась в процессе пересылки. Все перечисленные поля содержат информацию, определяющую правильность приема и интерпретации полезной нагрузки. Контрольная сумма представляет собой число, полученное от сложения всех полей.

ОсобенностиподключенияксетямSMDS

Помимо того, что сети SMDS обеспечивают высокую скорость передачи данных и совместимы с технологиями B-ISDN, SONET и ATM, а также Т-линиями, эти сети предоставляют пользователям надежные средства безопасности. Например, доступ к сети со стороны узла можно ограничить и разрешить его только группам адресов или отдельным адресам. Кроме того, для передачи особо важной информации можно организовать частные сети. Клиенты могут оплачивать сетевые услуги с учетом степени использования SMDS-служб. Слабым местом сетей SMDS является их недостаточная доступность (по сравнению с сетями Х.25, frame relay и ISDN). Кроме того, сети SMDS предназначенытолькодляпередачиданных.

ЛинииDSL

Digital Subscriber Line (DSL или XDSL) (Цифровая абонентская линия) – эта технология, использующая усовершенствованные методы модуляции в существующих телекоммуникационных сетях и обеспечивающая высокие скорое передачи данных между абонентом и региональной телефонной или телекоммуникационной компанией. Технология DSL позволяет передавать данные, речь и видео, а также файлы мультимедийных приложений. Первоначально она предназначалась надомным работникам и мелким фирмам, однако ее все чаще используют средние и крупные компании в качестве средства "последней мили", соединяющей площадки клиента и телекоммуникационной компании. Телекоммуникационный акт (Telecommunications Act), принятый в 1996 году, особенно повлиял на развитие DSL, поскольку способствовал тому, что поставщики услуг телекоммуникаций и кабельного телевидения стали развивать средства интерактивных коммуникаций на основе существующихтелефонныхсетей.

Ниже перечислены области применения технологии DSL, в которых она особенноэффективна:

•создание линийсвязи для надомных работников;

•доступ к Интернету (особенно передача файлов к клиенту и в обратном направлении);

•сетевой доступ к средствам мультимедиа, в том числе к новинкам музыкальной и киноиндустрии;

•быстрая передача больших графических файлов (например, карт) между различными

узлами;

•проведение интерактивных учетных занятий или семинаров;

•реализация распределенных клиент-серверных приложений для географически удаленных пользователей.

Совет)

Дополнительную информацию о Телекоммуникационном акте 1996 года можно получить в Интернетепоадресу www.fcc.gov/telecom.html.