Стислий конспект лекцій з дисципліни "Телекомунікаційні та інформаційні мережі" (тім) (програма бакалаврського мінімуму) Лектор доц. В.І. Тіхонов

Вид материала

Конспект

Содержание Интеграция услуг и мультисервисная платформа Службы передачи 2.2. Качество обслуживания QoS Характеристика трафика Формирование цифрового потока Формирование цифрового потока 3. Архитектура открытых систем и протокольная модель сети 3.2. Интерсеть. Принципы объединения сетей на основе протоколов Сетевой уровень 3.2. Стек протоколов TCP/IP и его соответствие модели OSI / ISO Модель OSI / ISO

Подобный материал:

• Конспект лекцій Суми Видавництво Сумду 2010, 2423.29kb.
• Конспект лекцій з дисципліни "Інформаційні системи та технології у фінансових установах", 1112.81kb.
• Назва модуля: Інформаційні системи в менеджменті Код модуля, 40.82kb.
• Робоча навчальна програма з дисципліни «Політичні комунікації» Укладач: к філол н.,, 310.09kb.
• Конспект лекцій з дисципліни „Радіоекологія для студентів спеціальності 040106  „Екологія,, 1393.76kb.
• Виконавці, 499.61kb.
• Конспект лекцій по дисципліні Інформаційні моделі "великих" систем, 1986.92kb.
• Дисципліна «Финанси» Довідник з дисципліни Для спеціальностей 0104, 0105, 0106, 0100, 539.85kb.
• Робоча навчальна програма дисциплiни " планування та проектування інформаційних систем", 115.77kb.
• Конспект лекцій Удвох частинах Частина 1 Суми, 2323.63kb.

^

Интеграция услуг и мультисервисная платформа

На этапе цифровизации появилась возможность оказания различных услуг на базе единой интегрированной сети как общей телекоммуникационной среды для передачи любых информационных сообщений, представленных в цифровом коде. Это повлекло за собой интеграцию и самих служб, и появление цифровых сетей с интеграцией служб ISDN -Integrated Services Digital Network (телекоммуникационные услуги: телефония, передача данных, телефакс, телетекс; аудио и видео конференц-связь; информационные услуги: видеотекс, видео по запросу, телетекст; услуги развлечений; услуги, базирующиеся на информации: приобретение товаров на дому по запросу пользователя). Услуги могут предлагаться в ординарной форме (со стандартным набором функций) либо с расширенным набором функций (например, переадресация и пр.) – дополнительные виды обслуживания (ДВО). Они используются только по заявке абонента и могут быть различными. Надстройка ДВО получила название интеллектуализации сети (Intelligent Network). Она может быть реализована на базе любой сети, но наибольший эффект она дает в сетях с услугой ISDN. Концепция интеллектуальной сети (IN) позволяет компоновать любой вид услуги по запросу пользователя из указанных компонентов (Service Independent Block- SIB). Появление сети ISDN повлекло большие работы по стандартизации и международным соглашениям. Международные рекомендации в этой области разрабатываются Сектором по стандартизации телекоммуникации Международного Союза Электросвязи МСЭ-Т (ITU-T), ранее -Международный Консультативный Комитет по Телеграфии Телефонии МККТТ (CCITT) – рекомендовано классифицировать службы в интегрированной сети на две группы, не зависящие от форм связи, основываясь на степени полноты охвата стандартизацией функций служб: службы передачи и телеслужбы.

^ Службы передачи обеспечивают транспортировку информации с соблюдением правил только между опорными точками интегральной сети (точками подключения абонентов) и не несут ответственности за совместимость функций связи оконечных устройств пользователей. Ответственность в данном случае целиком лежит на пользователях, которые приобретают эти устройства. Телеслужбы предназначены для организации связи пользователь-пользователь с поддержанием функций оконечных устройств, обеспечивая их совместимость. Телефония, телетекс, телефакс, видеотекс являются примерами телеслужб в рассматриваемой классификации.

Существует еще одна классификация служб, не зависящая от формы связи и функций оконечных устройств. МККТТ выделяет в этой связи две категории служб: интерактивные и дистрибутивные (с разветвленным режимом работы или вещательные службы). Интерактивные службы охватывают следующие классы служб: диалоговые службы, службы с накоплением, службы по запросу. Диалоговые службы обеспечивают двусторонний обмен информацией в реальном масштабе времени (без промежуточного накопления) между пользователями или между пользователем и ЭВМ. Службы с накоплением предназначаются для непрямой связи между пользователями с помощью промежуточного хранения информационных сообщений в центральных устройствах сети (электронные почтовые ящики). Это могут быть текст, аудио и видео (голосовая и видео почта). Службы по запросу дают возможность пользователю получать информацию из банков данных Примером является предоставление услуг видеотекса и его разновидностей.

Дистрибутивные службы обеспечивают распределение сообщений от одного центрального источника информации к неограниченному числу абонентов, имеющих право на прием. С помощью этих служб реализуется работа средств массовой коммуникации (массмедиа). Пользователь может принимать поток сообщений в любой момент времени, но он не может влиять ни на временное течение его, ни на содержание (звуковое и телевещание, телетекст и т.п.).

Интерактивные и дистрибутивные службы, в зависимости от требований к совместимости, могут предлагаться Администрациями и операторами сети как телеслужбы и как службы передачи. Позднее ITU-T вводит новый термин «сервис» или «телекоммуникационный сервис»», не используемый ранее для специализированных сетей – как удовлетворение специфических требований пользователя к связи. Фактически сервис есть некоторое обобщенное понятие, охватывающее как различные услуги (в частности, дополнительные виды обслуживания), так и обеспечение различных видов связи с предоставлением каналов, разных по скоростям, по среде передачи (проводные, беспроводные) и принципу предоставления пользователю (на время передачи или аренды на длительное время) и т.д. Для сервиса определены также две разновидности: опорный сервис (Bearer Service) и телесервис (Teleservice), которые аналогичны функциям служб передачи и телеслужб, соответственно развивая и дополняя их.


^ 2.2. Качество обслуживания QoS


Дальнейшее развитие сетей ISDN с переходом на оптоволоконную среду с применением технологий высокоскоростной передачи цифровых потоков обеспечило интеграцию более широкого спектра видов связи, включая кабельное телевидение. Для широкополосных видов сервиса Рекомендациями ITU-T предусмотрено четыре класса сервиса (A,B,C,D). Наиболее жесткие требования по передаче информации предъявляются в классе A (постоянная скорость передачи, например, для телефонии, телевидения, и согласование времени взаимодействия между источником и потребителем) Если же при передаче видеоинформации или данных в интерактивном режиме можно допустить переменную скорость без потери допустимого качества, то может быть предложен класс B. Классы C, D в первую очередь могут использоваться при передаче E-mail. Класс D характерен для LAN. Все широкополосные виды сервиса также разделяются на интерактивные и дистрибутивные режимы обслуживания. Широкополосная интегрированная сеть, обеспечивающая все виды сервиса, получила название мультисервисной сети. Ресурсы такой сети представляют собой единую мультисервисную платформу предоставления возможных услуг и приложений пользователям.

^ Характеристика трафика

Трафик – это поток информации для передачи по сети, генерируемый некоторым приложением или классом приложений. Он характеризуется единицей данных (бит, байт, блок) и способом упаковки для транспортировки по сети (неупакованный поток бит, файл, пакет, кадр или фрейм, ячейка, капсула и др.). Типичными видами и объемами трафика в информационных сетях являются: текстовый файл (около 30 Кбайт); электронная таблица типа Excel (около 250 Кбайт); рисунок Word ( 1 Мбайт); графический файл CAD/CAM (10 Мбайт); сжатое видео, т.е. некоторый сжатый видео сюжет (100 Мбайт). Сетевыми характеристиками трафика являются: взрывообразность (неравномерность потока = пиковое отклонение от среднего/среднее); терпимость к задержкам; требуемая пропускная способность. По требованиям задержки можно выделить три группы трафика: а) on line реальное аудио/видео (до 0.1 сек); интерактивное взаимодействие в режиме допустимых задержек реакции; off line режим. Равномерный трафик называется изохронным.


^ Формирование цифрового потока речевого трафика


Речевой сигнал по природе является аналоговым и для передачи по информационной сети в цифровом виде должен кодироваться. Основная полоса частот речевого сигнала оптимизирована по индексу артикуляции 0.7 (что соответствует разборчивости слов 85-90%) и принята 3.1 Кгц (0.3 – 3.4 Кгц). Для обеспечения защитной полосы разделения тональных каналов между собой принят стандарт полосы тонального канала 4 Кгц. Преобразование речевого сигнала в цифровую форму осуществляется методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), т.е. каждое значение амплитуды аналогового сигнала кодируется одним байтом (т.е. может принимать 256 различных значений). Если пренебречь ошибкой квантования сигнала, то согласно теореме Котельникова минимальная частота дискретизации сигнала по времени равна удвоенной максимальной частоте в спектре сигнала, т.е. 8 Кгц (цикл дискретизации равен 1/8 Кгц = 0.125 мс). Кодовая комбинация в каждом цикле квантования сигнала называется выборкой. Цифровой поток речевого сигнала равен 8 Кгц х 8 бит = 64 Кбит/сек. Эта скорость определена ITU как скорость основного цифрового канала или DS0 (Digital Service/Signal of Level 0). Цифровые системы передачи (ЦСП) с ИКМ являются многоканальными, например ИКМ-30/32 (СНГ) – 30 информационных каналов, один канал синхронизации и один служебный канал для сигнализации перед сеансом связи. В ЦСП ИКМ-30/32 из нескольких входных цифровых потоков формируется общий групповой поток методом мультиплексирования с временным уплотнением канала. Общий цикл передачи (кадр или frame) 0.125 мс. разбивается на 32 тайм-слота(поля или nibbles), т.е. за время цикла передается 8 х 32 = 256 бит.


^ Формирование цифрового потока данных

При временном мультиплексирования данных входные потоки не являются выборками амплитуд непрерывных сигналов, поэтому их можно упаковывать во фрейм различными методами перестановки бит, при которой последовательные биты исходного потока оказываются разделенными между собой определенными временными интервалами (interleaving). Это позволяет компенсировать некоторые виды помех, особенно в протоколах радиосетей. Например, бит-интерливинг (чередованием по одному биту из каждого канала); байт-интерливинг (по байтам как при передаче речи); символьный интерливинг (для ASCII – по 8 бит, в американской версии – по 7 бит); блок-интерливинг (блоками по несколько байт из каждого канала). Сигналы синхронизации при формировании фреймов могут передаваться как по отдельным каналам (идеальная синхронизация), так и по информационным каналам. Синхронизация бывает: по каждому биту, по отдельным полям, по фрейму в целом.

^ 3. Архитектура открытых систем и протокольная модель сети


3.1. Эталонная 7- уровневая модель взаимодействия

открытых систем OSI/ISO

Эталонная модель OSI является определяющим документом для разработки открытых стандартов по организации соединений систем и сетей связи, имеющих отличающиеся друг от друга уровни сложности и использующих различные технологии. В связи с этим ее принято называть также архитектурой открытых систем или эталонной модели взаимодействия открытых систем (ВОС).

Разработчики эталонной модели руководствовались следующими принципами.

• Число протокольных уровней не должно быть слишком большим, чтобы разработка сети и ее реализация не были чрезмерно сложными, и в тоже время оно не должно быть слишком малым, чтобы выполняемые на каждом уровне логические модули не были чересчур сложными.
  
• Уровни должны четко отличаться выполняемыми на них функциями (объектами) и логическими модулями.
  
• Функции и протоколы одного уровня могут быть изменены, если это не затрагивает другие уровни.
  
• Количество информации, передаваемой через интерфейсы между уровнями, должно быть минимальным.
  
• Допускается дальнейшее разбиение уровней на подуровни, если возникает необходимость локального выделения функций в пределах одного уровня. Разделение на подуровни целесообразно при необходимости разбиения трудоемкой задачи на отдельные, менее сложные.
  

Получившаяся в результате эталонная модель содержит семь уровней. Высшим, седьмым, уровнем модели OSI является прикладной уровень (Application), на котором осуществляется управление терминалами и прикладными процессами в оконечных системах, являющимися источниками и потребителями информации в информационной сети. Этот уровень представляет сервисы непосредственно пользовательским прикладным программам. Чтобы избежать несовместимости между пользовательскими программами, прикладной уровень определяет стандартные способы представления сервисов этого уровня. Это освобождает программистов от необходимости повторно прописывать одни и те же функции в каждой сетевой прикладной программе, которую они создают. Сами сервисы прикладного уровня приложениями не являются. Прикладной уровень предоставляет программистам набор открытых стандартных интерфейсов прикладного программирования (API – Application Programming Interface), которые можно использовать для выполнения таких функций сетевого приложения как передача файлов, удаленная регистрация и т.п. В результате модули прикладных программ получаются меньшими по размеру и требуют меньше памяти. Прикладной уровень для пользователей является наиболее заметной частью модели OSI, поскольку он ведает запуском программ, их выполнением, вводом-выводом данных, административным управлением сетью. Протоколы взаимодействия объектов седьмого уровня получили название прикладных.




Рисунок 4.24 Эталонная модель OSI


^ 3.2. Интерсеть. Принципы объединения сетей на основе протоколов

сетевого уровня

В стандартной модели взаимодействия открытых систем в функции сетевого уров­ня входит решение следующих задач:

• передача пакетов между конечными узлами в составных сетях;
  
• выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию;
  
• согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдель­ных подсетях одной составной сети.
  

Протоколы сетевого уровня реализуются, как правило, в виде программных модулей и выполняются на конечных узлах-компьютерах, называемых хостами, а также на промежуточных узлах-маршрутизаторах, называемых шлюзами. Функ­ции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением.

Создание сложной, структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня: для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Мост или коммута­тор разделяет сеть на сегменты, локализуя трафик внутри сегмента, что делает линии связи разделяемыми преимущественно между станциями данного сегмента. Тем самым сеть распадается на отдельные подсети, из которых могут быть постро­ены составные сети достаточно крупных размеров. Однако построение сложных сетей только на основе повторителей, мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения и недостатки.

Основная идея введения сетевого уровня состоит в следующем. Сеть в общем слу­чае рассматривается как совокупность нескольких сетей и называется составной сетью или интерсетью (internetwork или Internet). Сети, входящие в составную сеть, называются подсетями (subnet), составляющими сетями или просто сетями.

Подсети соединяются между собой маршрутизаторами. Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети. Все узлы в пределах одной подсети взаимодействуют, ис­пользуя единую для них технологию. В составную сеть могут входит несколько сетей разных технологий: локальные сети Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI и глобальные сети Frame Relay, X.25, ISDN. Каждая из этих технологий достаточна для того, чтобы организовать взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не способна построить информационную связь между произвольно выбранными узлами, принадлежащими разным подсетям. Следовательно, для организации взаимодействия между любой произвольной парой узлов этой "большой" составной сети требуются допол­нительные средства. Такие средства и предоставляет сетевой уровень.

^ Сетевой уровень выступает в качестве координатора, организующего работу всех подсетей, лежащих на пути продвижения пакета по составной сети. Для перемеще­ния данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям. Хотя многие технологии локальных сетей (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet и др.) используют одну и ту же систему адресации узлов на основе МАС-адресов, существует немало технологий (Х.25, ATM, Frame Relay), в которых применяются другие схемы адресации. Адреса, присвоенные узлам в соответствии с технологиями подсетей, называют локальными. Чтобы сетевой уровень мог выполнить свою задачу, ему необходима собственная система адресации, не зависящая от способов адресации узлов в отдельных подсетях, которая позволила бы на сетевом уровне универсальным и однозначным способом идентифицировать любой узел составной сети. Естественным способом формирования сетевого адреса является уникальная нумерация всех подсетей составной сети и нумерация всех узлов в пределах каж­дой подсети. Таким образом, сетевой адрес представляет собой пару: номер сети (подсети) и номер узла.

В качестве номера узла может выступать либо локальный адрес этого узла (та­кая схема принята в стеке IPX/SPX- транспортный протокол, используемый в сетевой операционной системе Novell NetWare), либо некоторое число, никак не связанное с локальной технологией, которое однозначно идентифицирует узел в пределах дан­ной подсети. В первом случае сетевой адрес становится зависимым от локальных технологий, что ограничивает его применение. Например, сетевые адреса IPX/SPX рассчитаны на работу в составных сетях, объединяющих сети, в которых использу­ются только МАС-адреса или адреса аналогичного формата. Второй подход более универсален, он характерен для стека TCP/IP. И в том и другом случае каждый узел составной сети имеет наряду со своим локальным адресом еще один – универсальный сетевой адрес.


^ 3.2. Стек протоколов TCP/IP и его соответствие модели OSI / ISO

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет назад для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Большой вклад в развитие стека TCP/IP, который получил свое название по популярным протоко­лам IP и TCP, внес университет Беркли, реализовав протоколы стека в своей версии ОС UNIX. Популярность этой операционной системы привела к широкому распространению протоколов ТСР, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты фи­зического и канального уровней: для локальных сетей – это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных – протоколы работы на аналоговых коммутируемых и вы­деленных линиях SLIP, РРР, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN.

Основными протоколами стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, a TCP гарантирует надежность его доставки.

За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Хотя протоколы TCP/IP неразрывно связаны с Internet и каждый из многомиллионной армады компьютеров Internet работает на основе этого стека, существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, в которых также используют протоколы TCP/IP. Чтобы отличать их от Internet, эти сети называют сетями ТСР/IР или просто IP-сетями.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, дающих ему преимущество перед другими протоко­лами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В част­ности, очень полезным свойством, делающим возможным применение этого протокола в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, большая составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кад­ра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в сеть с меньшей максимальной длиной может возникнуть необходимости деления передаваемого кадра на несколько частей. Протокол ТCР стека TCP/IP эф­фективно решает эту задачу.

Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адреса­ции, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть сети других технологий. Это свойство также способствует применению стека TCP/IP для построения больших гетерогенных сетей.

В стекле TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Это свойство совершенно необходимо при работе на медленных каналах связи, характерных для территориальных сетей.

^ Модель OSI / ISO
7	Прикладной
6	Представительский
5	Сеансовый
4	Транспортный (TCP)
3	Сетевой (IP)
2	Канальный
1	Физический