СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ.

Киевский Институт Связи.

Сети и системы передачи дискретных сообщений.

Конспект лекций.

Кафедра ИТ.

Киев 2002 г.

СЕТИ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ.

1.1. НАЗНАЧЕНИЕ СЕТЕЙ ПДС. КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕЙ ПДС.

Сетью передачи дискретных сообщений (сетью ПДС) называется вторичная сеть электросвязи, обеспечивающая обмен телеграфными сообщениями, данными, факсимильной информацией и другими видами дискретных сообщений между пользователями.

Главной задачей сети ПДС является доставка сообщений в соответствии с адресом и качественными показателями на время и вероятность доставки при заданной верности передачи сообщений. В состав технических средств сети ПДС входят центры коммутации (ЦК) различного типа, концентраторы и мультиплексоры (Кц, М), разнообразные абонентские пункты (АП). К сети ПДС могут подключаться различные вычислительные центры предприятий, учреждений (ВЦ), вычислительные центры коллективного пользования (ВЦКП) – для групп предприятий. Обмен дискретными сообщениями между компонентами сети производится через каналы свези. На рис. 1.1. показан фрагмент сети ПДС, включающий все указанные элементы.

. .

. .

. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . .

Рис. 1.1.

Сети ПДС могут быть классифицированы по следующим основным признакам:

типу сообщений;

категории абонентов;

скорости передачи сообщений;

структуре;

размеру сети;

способу коммутации;

методу управления.

ТИП СООБЩЕНИЙ.

Сети передачи телеграфных сообщений (называемые также телеграфными сетями) являются классическим примером сетей ПДС. Телеграфные сети, появившиеся более ста лет назад, предназначены для передачи буквенно-цифровой информации. Характерными особенностями телеграфных сетей являются низкая скорость передачи сообщений, невысокие требования к времени, вероятности доставки и верности принятой информации.

Данные, в отличие от телеграфных сообщений, создаются, как правило, различными автоматическими устройствами. Этот вид сообщений предназначен для передачи к вычислительным машинам с последующей их обработкой. Сети, предназначенные для передачи этого вида сообщений, называются сетями передачи данных (ПД). Для сетей ПД характерны высокие требования к времени и вероятности доставки сообщений, скорости передачи и вероятности правильного приема сообщений.

Сети ПДС используются для организации факсимильной связи – передачи неподвижных графических изображений: текста, таблиц, чертежей и т.д. Факсимильные системы ПДС получили широкое распространение для передачи газет, метеокарт, фототелеграфии. Сети ПДС являются базовыми при организации ряда телематических служб.

КАТЕГОРИЯ АБОНЕНТОВ.

По этому признаку различают сети общего пользования и внутриведомственные сети. Сети ПДС общего пользования предназначены для обслуживания широкого класса абонентов – населения, предприятий и учреждений.

Ведомственные сети ПДС предназначены для определенного класса пользователей. Такие сети создаются министерствами, ведомствами, организациями или предприятиями.

СКОРОСТЬ ПЕРЕДАЧИ.

По этому признаку сети ПДС делятся на три группы. Низкоскоростные – в основном, телеграфные сети со скоростью передачи 50 бит/с и сети ПДС со скоростями передачи 50, 100 и 200 бит/с.

Среднескоростные – со скоростями передачи от 600 до 4800 бит/с.

Высокоскоростные – со скоростями передачи 9600 бит/с и выше. В современных цифровых системах передачи и коммутации скорость передачи может составлять сотни Мбит/с.

СТРУКТУРА.

По структуре сети делятся на сети с иерархической и неиерархической структурой. На каждой ступени иерархии могут применяться различные типы структуры о которых будет сказано ниже.

РАЗМЕР СЕТИ.

В настоящее время сети ПДС можно разделить на две большие группы – глобальные сети, охватывающие территорию размером в сотни и тысячи квадратных километров, часто территорию страны или несколько стран мира и локальные сети, расположенные на ограниченной площади.

Локальные сети располагаются, как правило, в пределах одного предприятия и занимают площадь не более нескольких квадратных километров.

СПОСОБ КОММУТАЦИИ.

Для передачи сообщения через сеть ПДС могут быть установлены соединения двух видов – долговременные и оперативные. В соответствии с этим различают два вида сетей ПДС – с долговременной и оперативной коммутацией.

Долговременной или кроссовой коммутацией называется такой способ коммутации при котором между двумя точками сети устанавливается постоянное прямое соединение, длительность которого может измеряться часами, сутками или большим интервалом времени. Каналы, участвующие в организации таких соединений, называются выделенными.

В основном, в сетях ПДС используется оперативная коммутация, при которой между двумя точками сети организуется временное соединение. Различают следующие виды оперативной коммутации – коммутация каналов (КК), коммутация сообщений (КС), пакетную коммутацию (ПК) и гибридную коммутацию (ГК). Пакетная коммутация включает в себя: коммутацию пакетов, коммутацию кадров, коммутацию ячеек.

Приведем определения основных способов коммутации.

Коммутацией каналов называется способ коммутации, при котором с помощью центров коммутации обеспечивается соединение каналов сети ПДС для образования телеграфного, факсимильного канала или канала передачи данных между любой парой оконечных пунктов этой сети.

Коммутацией сообщений называется способ коммутации, при котором в каждом центре коммутации, обслуживающим данное сообщение, производится прием сообщений, его накопление и последующая передача по предписанному адресу. В результате сообщение от одного оконечного пункта сети доставляется к любому другому оконечному пункту.

Пакетной коммутацией называются такие способы коммутации при котором сообщение в исходящем центре коммутации делится на фрагменты (части) определенного размера (пакеты, кадры, ячейки), которые затем передаются через сеть путем последовательного переприема в центрах коммутации, пока не достигнут центра коммутации в который включен оконечный пункт – получатель сообщения. В этом центре коммутации отдельные фрагменты собираются в сообщение, которое выдается получателю.

Гибридная (комбинированная) коммутация – это такой способ при котором в пределах узла или сети используются одновременно несколько способов коммутации.

МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ СЕТЬЮ.

Сеть ПДС представляет собой большую систему, управление которой должно обеспечить ее эффективное функционирование. Система управления сетью решает большой комплекс вопросов, включающий административное управление, техническую эксплуатацию, контроль потоков, их оптимальное распределение в сети и т. д. В зависимости от задач, решаемых сетью ПДС, требований, предъявляемых к сети, условий ее функционирования, система управления может быть построена по централизованному или децентрализованному принципам. Централизованный принцип предполагает наличие единых для всей сети центров управления, а именно: центра динамического управления, располагающегося, как правило, на одном из центров коммутации, центра технической эксплуатации и центра организационно-технического или административного управления. В сети с децентрализованным управлением система управления имеет распределенную структуру, включающую несколько уровней аналогичных центров, распределенных по всей сети ПДС.

1.2. КОМПОНЕНТЫ СЕТЕЙ ПДС И ИХ ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ.

Компонентами сетей ПДС являются: центры коммутации, концентраторы, мультиплексоры, абонентские пункты каналы и тракты. Рассмотрим основные функции различных компонент сетей ПДС.

АБОНЕНТСКИЕ ПУНКТЫ.

Основной функцией абонентского пункта (АП) является ввод сообщения от пользователя в сеть ПДС и вывод сообщений из сети к пользователю. Оборудование АП сети ПДС состоит из трех основных элементов (рис. 1.2.) – оконечного оборудования данных (ООД), аппаратура канала данных (АКД) и системы управления АП. В режиме передачи ООД преобразует сообщения, поступающие от пользователя в электрические сигналы. АКД преобразует сигналы, поступающие от ООД, таким образом, чтобы обеспечить их эффективную передачу по каналу связи. Примером ООД могут являться устройства ввода данных с перфоленты или с магнитного носителя (ленты, диска, барабана). В режиме приема АКД и ООД выполняют преобразования, обратные преобразованию на передаче.

.

.

от пользователя канал

Рис. 1.2.

В нашей стране в телеграфных сетях в качестве ООД в АП используются в основном телеграфные аппараты различных типов.

Оконечное оборудование, используемое в сетях ПД отличается большим разнообразием. Например число АП различных типов, разработанных в серии ЕС ЭВМ составляло насколько десятков. В настоящее время в сетях ПД в качестве ООД используются в основном ПЭВМ.

МУЛЬТИПЛЕКСОРЫ И КОНЦЕНТРАТОРЫ.

Одной из основных задач, возникающих при проектировании и эксплуатации сети ПДС, является повышение эффективности использования пропускной способности каналов ПДС. Имеется несколько путей решения этой задачи, среди которых важное место занимает применение систем уплотнения. Наиболее известными методами уплотнения, применяемым в сетях ПДС, являются методы частотного и временного разделения каналов (ЧРК и ВРК). При ЧРК каждому пользователю, имеющему доступ к уплотняемому каналу, выделяется определенная часть суммарного спектра частот. При ВРК высокоскоростной канал поочередно предоставляется каждому пользователю на определенный интервал времени, длительность которого жестко связана со скоростью передачи от абонента, числом абонентов, имеющих доступ к данному высокоскоростному каналу, и полосой пропускания разделяемого канала. Системы, реализующие описанные методы разделения, называются мультиплексорами.

Методы уплотнения, основанные на фиксированном распределении пропускной способности высокоскоростного канала, эффективны при условии, что потоки сообщений от АП (ПЭВМ) характеризуются большими длинами и отсутствием периодов пассивности. Такие потоки характерны для телеграфных сетей и некоторых сетей передачи данных. В сетях ПД, работающих в реальном масштабе времени – диалоговых, информационно-поисковых, справочных системах, потоки данных имеют пачечный характер. В таких условиях фиксированное распределение пропускной способности уплотняемого канала, характерное для описанных выше методов ЧРК и ВРК, не учитывающих статическую природу дискретных сообщений, становится неэффективным. Использование пропускной способности каналов на участке “ система уплотнения – центр коммутации “ может составлять всего несколько процентов, что может приводить к существенному снижению технико-экономических показателей сети ПДС.

Повышение коэффициента использования пропускной способности высокоскоростного канала может быть осуществлено путем применения системы уплотнения, учитывающий статистику сообщений на выходе АП (ПЭВМ) и предоставляющей канал только ”активным” ОП. Такая система уплотнения, реализующая динамический принцип распределения пропускной способности канала, называется концентратором или асинхронным мультиплексором (в противоположность мультиплексору ВРК, осуществляющему синхронное уплотнение).

Концентратор отличается от мультиплексора более сложной структурой. В состав концентратора обязательно входит процессор для управления входящим потоком и блок памяти, предотвращающий потери случайно поступающих сообщений. Расширение функций, выполняемых концентратором по сравнению с мультиплексором приводит к необходимости обеспечения концентратора достаточно сложными программами. Широко распространены концентраторы, реализованные на базе мини-ЭВМ и микропроцессорной техники.

Развитое программное обеспечение позволяет передать концентратору часть функций, выполняемых обычно центром коммутации (согласование кодов, защита от ошибок, управление абонентским участком сети ПД и т. д. Вместе с тем, главной задачей концентратора остается повышение использования пропускной способности каналов ПДС на основе динамического распределения связных ресурсов. Применение концентраторов в сетях ПД позволяет увеличить число обслуживающих АП (ПЭВМ) или выбрать для связи с центром коммутации канал ПДС с меньшей пропускной способностью.

В тех случаях, когда АП (ПЭВМ) непосредственно соединяются с центром коммутации без применения систем уплотнения, их включение в центр коммутации производится через системы, близкие по своим принципам к концентратору или мультиплексору. Такие системы называются апаратурой сопряжения или связным процессором.

КАНАЛЫ И ТРАКТЫ ПДС.

Все элементы сети ПДС соединяются между собой каналами или трактами ПДС. Приведем основные определения.

Канал передачи первичной сети ЕАСС – совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающих передачу сигналов электросвязи или в определенной полосе частот, или с определенной скоростью передачи между двумя сетевыми станциями, двумя сетевыми узлами или между сетевой станцией и сетевым узлом ЕАСС.

Групповой тракт первичной сети ЕАСС – совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающих передачу сигналов электросвязи или в полосе частот, или со скоростью передачи нормализованной группы каналов. Групповому тракту присваиваются названия: первичный, вторичный, третичный и т. д.

Канал ПДС – канал передачи или групповой тракт первичной сети ЕАСС, обрамленный на концах двумя устройствами АКД. Структура канала ПДС показана на рис. 1.3.

Х.20 , Х.21 , V.24 Х.20 , Х.21 , V.24

. .

вводно – выводное ЭВМ

устройство

Рис. 1.3.

В состав канала ПДС входят физическая среда передачи и различные промежуточные устройства, выполняющие, в основном, функцию усиления сигналов. АКД представляет собой либо аппаратуру вторичного уплотнения (для телеграфных сетей), либо аппаратуру передачи данных (АПД), в состав которой входят: устройство преобразования сигнала (УПС), устройство защиты от ошибок (УЗО), автоматические устройства вызова и ответа (АУВ и АУО) и контрольно-измерительные устройства (КИУ).

В качестве физической среды для ПДС используются симметричные и коаксиальные кабели, каналы радиосвязи, включая каналы радиосвязи через искусственные спутники земли, радиорелейные и тропосферные линии, волноводы и волоконно-оптические линии связи.

При небольших расстояниях между двумя точками сети – до 10 км, преимущественное применение находят симметричные кабели. При этом передача данных и телеграфных сигналов производится импульсами постоянного тока в полосе от нуля до некоторой верхней частоты Fв. Длина соединительной линии на симметричном кабеле ограничивается затуханием.

Передача данных на большие расстояния производится с использованием многоканальных систем междугородной связи по симметричным, коаксиальным, волоконно-оптическим кабелям, радиорелейным и тропосферным линиям. Возможно применение также прямых декаметровых радиоканалов и каналов радиосвязи через искусственные спутники земли.

ЦЕТРЫ КОММУТАЦИИ.

Основной задачей центра коммутации является распределение сообщений по сети в соответствии с адресами. Он включает в себя коммутационную систему, систему управления и периферийные устройства (абонентские и канальные комплекты). В сетях с иерархической структурой – например в телеграфных сетях и в сетях ПД общего пользования обычно имеются три типа центров – низовые, зоновые и магистральные.

В настоящее время разработано большое число различных типов центров коммутации, отличающихся элементной базой, принципами установления соединений и методами управления. Однако общей тенденцией для всех способов коммутации в настоящее время является переход к проектированию и внедрению систем электронной цифровой коммутации с программным управлением.

1.3. ПОНЯТИЕ О СИГНАЛИЗАЦИИ, ПРОЗРАЧНОСТИ И СТРУКТУРЕ СЕТИ ПДС.

1.3.1. СИГНАЛИЗАЦИЯ В СЕТЯХ ПДС.

Установление и разъединение соединений между оконечным оборудованием и оборудованием центров коммутации, а также между взаимодействующими ЦК производится с помощью специальных сигналов управления и соответствующих процедур, которые в совокупности образуют систему сигнализации сети ПДС. В сетях ПДС системы сигнализации различаются между собой способами и скоростью установления и разъединения соединений, количеством управляющих сигналов и видом процедур. Характеристики системы сигнализации определяются типом используемых оконечных устройств, способам коммутации и применяемым для ПДС каналами. Сигналы управления могут передаваться в тех же каналах, которые используются для передачи сообщений (внутриканальная сигнализация); вместе с тем, для сигнализации могут быть выделены специальные каналы, причем по ним передаются сигналы управления сразу для нескольких линий передачи данных (общеканальная сигнализация). Принципы сигнализации в сетях ПДС – определяются соответствующими рекомендациями МСЭ-Т. примером может являться Рекомендация Х.70, определяющая систему сигнализации в сетях ПД с стартстопным режимом передачи.

1.3.2. ПОНЯТИЕ О ПРОЗРАЧНОСТИ СЕТИ.

Прозрачностью называется свойство участка сети (между двумя пользователями, между двумя ЦК, между пользователем и ЦК) сохранять неизменным определенное свойство передаваемой последовательности кодовых элементов. Например, в сети с коммутацией каналов между пользователями устанавливается с помощью определенных процедур сигнализации временное прямое соединение. Организованный физический канал является прозрачным к любой последовательности бит, независимо от типа АП (ПЭВМ), режима передачи, применяемых первичных кодов. Аналогичным образом может быть определена прозрачность к способам защиты от ошибок, системе синхронизации, методам контроля потоков и другим функциональным особенностям сети. Понятие прозрачности сети является весьма важным, поскольку обеспечение прозрачности на более высоком уровне, чем прозрачности по битам – прозрачности в отношении алгоритмов, форматов и т.д. позволяет решать задачу объединения сетей ПДС, построенных на различных принципах.

1.3.3. ТИПЫ СТРУКТУР СЕТЕЙ ПДС.

Выше были определены две основные разновидности структур, используемых в сетях ПДС – иерархическая и ниерархическая. Большинство классических сетей – телефонные сети общего пользования, телеграфные сети строятся по иерархической структуре.

Сети передачи данных общего пользования также строятся по иерархической структуре. К достоинствам сетей ПДС с иерархической структурой относятся возможность сравнительно несложной реорганизации сети при необходимости обслуживания новых регионов и простота организации обмена информацией между различными ступенями иерархии.

Структура сети ПДС внутри каждой ступени иерархии, а также всех неиерархических сетей ПДС может быть различной. Основные типы таких структур показаны на рис. 1.4.

Показанные на рис. 1.4. структуры применяются при создании сетей ПДС в зависимости от размера сети, нагрузки и требований пользователей. Наиболее распространенными структурами на первой ступени иерархии или в неиерархических сетях ПД являются: звезда, кольцо, шина и дерево.

На верхних уровнях иерархической сети при необходимости обеспечения высоких показателей надежности используются полносвязные структуры, или к-связные структуры. Высокой надежностью обладают сети с решетчатой структурой (рис. 1.4.з.), в которой каждый узел соединен непосредственно с двумя другими узлами. Структуры такого типа получили распространение при организации сетей ПДС с подвижными объектами. При перемещении в заданном регионе пользователь постоянно находится в зоне действия одного из узлов сети.

n

1 2 n – 1 n – 2

а) “звезда” б) неравномерная К - связная сеть

в ) полносвязная сеть г) равномерная К - связная сеть д) “кольцо”

е) “шина”

ж) “дерево”

з) “решетка”

и) алмазная сеть

Рис. 1.4.

1.4. АРХИТЕКТУРА ПРОЦЕССОВ В СЕТЯХ ПДС.

1.4.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О СЕМИУРОВНЕВОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ В

СЕТЯХ ПДС

Организация связи в сетях ПДС между различными по своим характеристикам, свойствам и принципам реализации системами – абонентскими пунктами, персональными ЭВМ, ВЦ и другим связным и вычислительным оборудованием, требует строгого соблюдения стандартизированных процедур обмена, в том числе и процедур передачи данных.

Необходимость в разработке стандартов для подобных неоднородных систем привела к появлению концепции взаимодействия открытых систем ВОС. Термин ”открытые системы” подчеркивает тот факт, что если какая-либо система отвечает стандартам, принятым в данной концепции, то эта система будет открыта для взаимосвязи с любой другой системой, отвечающей тем же стандартам.

В разработке концепции взаимодействия открытых систем (ВОС) основную роль играли две международные организации – Международная организация по стандартизации (МОС) и международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии (МККТТ). В 1983 г. эта модель была принята в качестве международного стандарта (стандарт МОС №7498 и Рекомендации МККТТ серии X.200).

Эталонная модель ВОС представляет собой описание взаимодействия между процессами, протекающими в системах. Под системой здесь понимается оконечное оборудование, которое может содержать одну или несколько вычислительных машин, абонентское и связное оборудование и т. д. Эти процессы реализуются с помощью компонент или элементов аппаратного обеспечения.

Каждый уровень эталонной модели ВОС, кроме самого верхнего, реализует совокупность услуг для соседнего с ним верхнего уровня.

Под услугой понимается набор функциональных возможностей данного уровня, предоставляемый в распоряжение компонентам верхнего (соседнего) уровня. При этом необходимо понимать, что в совокупность услуг входят не все функции (или процессы), выполняемые на данном уровне , а только те, которые могут быть использованы на смежном верхнем уровне.

Процесс, реализуемый на N-уровне, называется обычно N-процессом или N-функцией, а компонента, реализующая его – N-компонентой. Для того, чтобы координировать действия компонент в различных подсистемах данного уровня, вводится протокол.

Протокол N-уровня или N- протокол определяется как совокупность правил, которые управляют взаимодействием между N-компонентами в различных N-подсистемах.

Таким образом базовыми элементами эталонной модели ВОС являются: системы, уровни, подсистемы, компоненты, процессы (функции), услуги и протоколы. На основе этих базовых элементов была разработана семиуровневая модель процессов ВОС, описывающая взаимодействие систем в сетях распределенной обработки данных (рис. 1.5.).

Система А Протокол уровня : Система В Уровень:

прикладного прикладной

сервисные представительного представительный

сеансового сеансовый

транспортного транспортный

сетевой

уровни канальный

, , - протокол сетевого , канального и физического уровней соответственно.

Рис. 1.5.

Все уровни данной модели в соответствии с принятой терминологией делятся на две группы – сервисную и сетевую. В группу сервисных уровней входят прикладной, представительный и сеансовый уровни, связанные непосредственно с обработкой информации. Сетевую группу образуют транспортный, сетевой, канальный и физический уровни, которые в соответствии с выполняемыми ими функциями будем называть связными.

Остановимся на понятиях необходимых для уровней второй группы: протоколы, интерфейсы, языки. Любое взаимодействие между системами, в том числе и системами, входящими в состав сети ПДС, осуществляется в соответствии с орпеделенными правилами. Наиболее распространенной формой обмена информацией является двухсторонний обмен или диалог. Диалог может быть эффективным только в том случае, когда имеются предварительно определенные процедуры, описывающие порядок обмена, действия участников в случае, когда переданное сообщение не принято, не понято и т.д. Подобные правила существуют при обмене информацией между людьми, однако, они весьма сложны, недостаточно четки и в определенной степени даже затрудняют диалог. При обмене между техническими системами, в частности между вычислительными машинами, аппаратурой связи, такие правила должны носить более формальный характер и быть сравнительно простыми и четкими. То же самое относится и к взаимодействию человека с системой связи или обработки информации.

Формальное определение протокола как набора правил взаимодействия между одноуровневыми компонентами в различных подсистемах, можно конкретизировать и дать следующее его определение:

Протокол есть набор правил, обеспечивающих логическое и процедурное сопряжение между одноуровневыми процессами, реализуемыми в различных технических устройствах. При этом логическое сопряжение основано на использовании способов представления сообщений в виде единых форматов, применяемых при передаче сообщений, процедурное сопряжение различных форматов и порядок их применения для управления процессами связи и обработки информации.

Примером наиболее простого протокола, используемого в сетях ПДС, является набор правил, определяющих порядок поступления отдельных кодовых элементов в канал (тракт) ПДС и обратный процесс.

Интерфейс – это устройство на границе между двумя подсистемами или двумя устройствами, обеспечивающее их полное взаимодействие. В отличие от протокола интерфейс реализует механическое, электрическое и функциональное сопряжение.

При описании механического сопряжения задаются количество проводов между устройствами, формы и размеры разъемов. В описании электрического сопряжения определяются формы и уровни сигналов и другие электрические характеристики. Функциональное сопряжение обуславливает ”смысловое” значение электрических сигналов, которыми обмениваются смежные подсистемы. Например, можно установить, что последовательность кодовых элементов при переходе из одной подсистемы в другую должна разбиваться на блоки определенной длины, причем каждый блок представляет собой некоторое сообщение. Далее, каждому блоку приписывается конкретное значение, задаются ответы для блоков – запросов и т. д.

Несмотря на большое разнообразие протоколов и интерфейсов, применяемых в современных сетях ПДС, число стандартных кодов (или языков), используемых для первичного представления информации весьма ограничено. Наиболее широкое распрстранение получили пятиэлементный международный телеграфный код МТК № 2, применяемый телеграфных сетях , и семиэлементный международный код № 5, который используется в сетях передачи данных. В обоих кодах один итот же алфавит символов используется для передачи как информационнных знаков, так и служебных символов (знаков управления оконечным оборудованием, управления каналом и т. д.). Протоколы, в которых для управления используются кодовые комбинации, относятся к классу знак-ориентированных протоколов. При возникновении ошибки информационный знак (или символ) может быть превращен в управляющий байт (символ), что приведет к изменению режима работы системы. Для устранения указанного недостатка Международная организация по стандартизации разработала протоколы, относящиеся к классу бит-ориентированных.

1.4.2. ХАРАКТЕРИСТИКА СВЯЗНЫХ УРОВНЕЙ СЕМИУРОВНЕВОЙ МОДЕЛИ ВОС.

ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ.

Физический уровень является самым нижним (первым) уровнем семиуровневой модели ВОС (см. рис. 1.5.). он непосредственно связан со средой передачи – физической линией. Основная функция физического уровня состоит в реализации интерфейса между вторым (канальным) уровнем и средой передачи.

Протоколы физического уровня зависят от ряда факторов, в частности от вида физической среды, типа каналов (трактов), по которым передаются сообщения и др. Так, протоколы высокоскоростной передачи отличаются от протоколов низкоскоростной передачи. Далее, для передачи данных через канал тональной частоты разрабатываются рекомендации серии U, тогда как для передачи данных в специализированных сетях ПД – рекомендации серии Х. Различают группы рекомендаций, определяющих сопряжение ООД и АКД, подключение АКД к среде передачи, сопряжение сетей ПД между собой и т. д. Однако, несмотря на имеющееся в сети разнообразие, описание физического уровня всегда содержит четыре элемента: механическое, электрическое, функциональное и процедурное сопряжение.

Наиболее известными рекомендациями, описывающими физический уровень, являются Рекомендации МККТТ U.24, определяющие сопряжение ООД и АКД при передаче данных через каналы тональной частоты, и Рекомендация МККТТ Х.21, характеризующая сопряжение ООД и АКД при подключении АП к сети передачи данных. Наряду с описанием типов разъемов (механическое сопряжение), форм и значений электрических сигналов (электрическое и функциональное сопряжение), в рекомендациях серий U и Х приводятся также элементы протоколов. Так, в Рекомендации U.25 включены процедуры применения автоматического устройства передачи сигнала вызова, в Рекомендации U.54 рассматриваются процедуры эксплутационных проверок. Аналогично, Рекомендация Х.21 содержит описание процедур синхронной работы АП в сети передачи данных. Рекомендация Х.22 включает процедуры синхронной работы в сетях передачи данных при использовании временного уплотнения.

КАНАЛЬНЫЙ УРОВЕНЬ.

Канальный уровень расположен между физическим и сетевым уровнями. Канальный уровень использует услуги физического уровня, расширяет их возможности и представляет эти расширенные возможности в распоряжение сетевого уровня. Основной задачей канального уровня является обеспечение достоверной передачи информации по каналу данных на основе соответствующего протокола управления канала ПДС.

Несмотря на разнообразие протоколов управления каналом данных, для большинства из них характерно наличие нескольких основных функций:

1. На канальном уровне должна выполняться синхронизация по кодовым комбинациям.

2. Протокол должен обеспечивать разбиение протокола информации на отдельные сегменты, называемые кадрами и предусматривать оптимальную длину кадра. При передаче весьма длинных блоков через канал с помехами вероятность ошибки становится достаточно большой. При передаче же коротких блоков производительность системы существенно снижается, т. к. становится малой часть полезной информации, передаваемой в каждом блоке. Следовательно, протокол канального уровня должен предусматривать некоторую оптимальную длину кадров.

3. Поскольку обмен информацией осуществляется между источником и приемником в сети, включающей в свой состав множество передатчиков и приемников, протокол должен предусматривать возможность идентификации конкретной приемной или передающей станции, например, путем предварительного назначения этих адресов.

4. Протокол управления каналом данных включает функцию обеспечения прозрачности, которая позволяет передавать информацию в любом коде, любом формате, кадрами любой длины и при этом гарантируется, что последовательность информационных кадров не будет содержать управляющую информацию канального уровня.

5. Канальный протокол должен обеспечивать коррекцию ошибок, вносимых каналом – обнаруживать их, подтверждать правильность принятой информации и запрашивать повторение передачи пораженных кадров. Кроме перечисленных функций протокол управления каналом включает ряд вспомогательных процедур по установлению и разъединению канала, управлению последовательностью передачи и др.

Все современные протоколы управления каналом передачи данных можно разделить на два основных класса, отвечающих модели ВОС. Протоколы, образующие первый класс, известны как знак-ориентированные протоколы (иногда их также называют байт-ориентированными протоколами). Знак-ориентированные протоколы обладают рядом недостатков – невысокой помехоустойчивостью, отсутствием стандартных форматов передаваемых данных и т. д., что привело к созданию бит-ориентированных протоколов, образующих класс протоколов управления каналом данных свободных от указанных недостатков. Наиболее известным и широко применяемым стандартизированным протоколом этого типа является протокол HDLC.

Общей чертой всех бит-ориентированных протоколов является то, что они используют общую стандартную структуру кадра. Каждый кадр содержит три поля фиксированного размера – поле адреса, поле управления и поле проверки, а также поле информации переменной длины. Протоколы типа HDLC позволяют организовать дуплексный обмен, обеспечивают эффективную защиту от ошибок, обладают высокой степенью ”прозрачности” и рядом других достоинств.

СЕТЕВОЙ УРОВЕНЬ.

Основной задачей, решаемой протоколами сетевого уровня является обеспечение обмена информацией между компонентами транспортного уровня. На сетевом уровне протоколы включают две основные функции – коммутацию и маршрутизацию. В настоящее время наиболее рапространенными коммутационными протоколами являются протоколы коммутации каналов и коммутации пакетов. Все большее распространение получают протоколы коммутации кадров (техология Frame Relay) и протоколы коммутации ячеек (технология ATM).

ТРАНСПОРТНЫЙ УРОВЕНЬ.

Основная задача транспортного уровня заключается в обеспечении обмена информацией между компонентами сеансового уровня при требуемом качестве обслуживания. Таким образом компоненты транспортного уровня доводят качество обслуживания, предоставляемого сетевым уровнем, до требования сеансового уровня. Требования к качеству обслуживания на транспортном уровне выражаются через производительность сети и центров коммутации, задержку сообщений для сети в целом, вероятность ошибок, не обнаруживаемых на более низких уровнях модели ВОС, и т. д.

Транспортный уровень, как наивысший связной уровень в модели ВОС, должен обеспечивать все функции, необходимые для реализации требуемого качества обслуживания. Например, если нагрузка данного участка сети превышает его пропускную способность, компоненты транспортного уровня проводят реконфигурацию сети с тем, чтобы перераспределить нагрузку или повысить пропускную способность. Аналогично, если растут задержки за счет перегрузки, протокол транспортного уровня реализует процедуру контроля входящего потока с целью временной задержки ввода или срабатывания части нагрузки.

Протоколы транспортного уровня относятся к классу межконцевых протоколов. Этим термином подчеркивается тот факт, что транспортные протоколы обеспечивают доставку информации между адресами сети, тогда как протоколы нижних уровней отвечают за доставку сообщений на отдельных участках сети. Основными функциями транспортного протокола являются:

- контроль качества обслуживания по различным параметрам (время задержки, вероятность своевременной доставки, достоверность и др.);

- меконцевое управление потоками данных;

- установление и разъединение транспортных каналов;

- преобразование транспортных каналов в сетевые;

- общий контроль процесса передачи и распределения информации на всем пути от источника до адресата.

Верхние уровни семиуровневой модели МОС отражают специфику систем распределенной обработки данных и в данном курсе не рассматриваются.

1.5. СПОСОБЫ КОММУТАЦИИ В СЕТЯХ ПДС.

1.5.1. СИСТЕМА КРОССОВОЙ КОММУТАЦИИ.

В узлах кроссовой коммутации каналы связи, включенные в узел, соединены между собою постоянно. После окончания очередного сеанса связи соединение не разрушается и перед началом сеанса не устанавливается заново. То есть, между двумя пользователями обмен производится постоянно по одному и тому же каналу. Кроссовые соединения реализуются с помощью специальных распределительных устройств. Применение кроссовой коммутации целесообразно только в тех случаях, когда требования пользователей исключительно высоки, и они не могут быть удовлетворены при применении оперативной коммутации. При этом следует учитывать, что с ростом количества абонентских пунктов число необходимых линий и объем связного оборудования на узлах растет очень быстро и в целом кроссовая коммутация является самой неэкономной.

Наиболее эффективным способом повышения использования пропускной способности является применение в сетях одного из видов оперативной коммутации.

1.5.2. СИСТЕМА КОММУТАЦИИ КАНАЛОВ.

Обмен информацией между пользователями в сети ПДС с КК производится в два этапа: вначале устанавливается прямое соединение и затем передается сообщение (рис. 1.6а.) абонентский пункт АП1 предает в ближайший ЦКК1 сигнал вызова (СВ) и получает от ЦКК1 сигнал подтверждения (СП). Затем АП1 передает номер (Н) вызываемого АП2 и ЦКК1 организует временное прямое соединение с ЦКК, к которому

а)

АП1 начало t

СВ СП Н

ЦКК1 t

α СС

ЦКК2 Н t

α

ЦКК3 Н t

СГ СО

АП 2 t

α – время обработки номера.

б)

АП 1 t

А Д

ЦКС 1 t

Поделиться:	Дата добавления: 2015-01-29; просмотров: 813; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав