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

Вид материала

Содержание

I.430 (itu-t).
I.431 (itu-t).
4.2. Структура абонентского стыка сети узкополосной ISDN
Физ. уровень
U-интерфейсы линейных окончаний (Line Termination LT
4.3. Широкополосные (B-ISDN )цифровые сети интегрального
4.4. Режимы переноса в телекоммуникациях (синхронный и асинхронный)
4.5. Типы быстрой коммутации пакетов
4.6. Технология АТМ
4.7. Качество обслуживания в АТМ и быстрая коммутация пакетов
4.7. Цифровая иерархия. Технологии PDH и SDH
Метод мультиплексирования
4.9. Коммутация пакетов и ретрансляция кадров Frame Relay (FR)
Frame Relay

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Сравнение уровней стека TCP/IP и модели OSI / ISO

Модель TCP / IP
4
3	Транспортный (TCP)
2	Меж-Сетевой (IP)
1	Data Link Layer (сетевой)

4. Базовые телекоммуникационные технологии

4.1. Цифровые сети с интеграцией услуг ISDN.

Узкополосные (N-ISDN – Narrowband ISDN)

ISDN (Integrated Services Digital Network - цифровые сети с интеграцией услуг) относятся к сетям, в которых основным режимом коммутации является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются в цифровой форме. Архитектура сети ISDN предусматривает несколько видов служб:

некоммутируемые средства (выделенные цифровые каналы);
коммутируемая телефонная сеть общего пользования;
сеть передачи данных с коммутацией каналов;
сеть передачи данных с коммутацией пакетов;
сеть передачи данных с трансляцией кадров (Frame Relay);
средства контроля и управления работой сети.

Стандарты ISDN описывают также ряд услуг прикладного уровня: факсимильную связь на скорости 64 Кбит/с, телексную связь на скорости 9600 бит/с, видеотекс на скорости 9600 бит/с и некоторые другие. На практике не все сети ISDN поддерживают все стандартные службы. Служба Frame Relay хотя и была разработана в рамках сети ISDN, однако реализуется, как правило, с помощью отдельной сети коммутаторов кадров, не пересекающейся с сетью коммутаторов ISDN. Базовой скоростью сети ISDN является скорость канала DS-0 (DS-0 –Digital Signal level 0; канал, линия; сигнал, используемый для переноса стандартного соединения аналоговой или цифровой телефонной линии; скорость 64 или 56 Кбит/сек – если восьмой бит используется для сигнальной информации). Эта скорость ориентируется на самый простой метод кодирования голоса – ИКМ, хотя дифференциальное кодирование и позволяет передавать голос с тем же качеством на скорости 32 или 16 Кбит/с.

Пользовательские интерфейсы ISDN.

Одним из базовых принципов ISDN является предоставление пользователю стандартного интерфейса, с помощью которого пользователь может запрашивать у сети разнообразные услуги. Этот интерфейс образуется между двумя типами оборудования, устанавливаемого в помещении пользователя (Customer Premises Equipment, СРЕ): терминальным оборудованием пользователя ТЕ (Terminal Equipment - компьютер с соответствующим адаптером, маршрутизатор, телефонный аппарат и др.) и сетевым окончанием NT (Network Termination), которое представляет собой устройство, завершающее канал связи с ближайшим коммутатором ISDN (см. Рис.1)

Пользовательский интерфейс основан на каналах трех типов:

В – со скоростью передачи данных 64 Кбит/с;
D – со скоростью передачи данных 16 или 64 Кбит/с;
Н – со скоростью передачи данных 384 Кбит/с (Н0), 1536 Кбит/с (H11) или 1920 Кбит/с (Н12).

Каналы типа В обеспечивают передачу пользовательских данных (оцифрованного голоса, компьютерных данных или смеси голоса и данных) и с более низкими скоростями, чем 64 Кбит/с. Разделение данных выполняется с помощью техники ТDM.(Time Division Multiplexing) Разделением канала В на подканалы в этом случае должно заниматься пользовательское оборудование, сеть ISDN всегда коммутирует целые каналы типа В. Каналы типа В могут соединять пользователей с помощью техники коммутации каналов друг с другом, а также образовывать так называемые полупостоянные (semi-permanent) соединения, которые эквивалентны соединениям службы выделенных каналов. Канал типа В может также подключать пользователя к коммутатору сети Х.25 (серия стандартов ITU-T, бывший МККТТ, для сетей с коммутацией пакетов, 1976 г.)

Канал типа D выполняет две основные функции. Первой и основной является передача адресной информации, на основе которой осуществляется коммутация каналов типа В в коммутаторах сети. Второй функцией является поддержание услуг низкоскоростной сети с коммутацией пакетов для пользовательских данных. Обычно эта услуга выполняется сетью в то время, когда каналы типа D свободны от выполнения основной функции.

Каналы типа Н предоставляют пользователям возможности высокоскоростной передачи данных. На них могут работать службы высокоскоростной передачи факсов, видеоинформации, качественного воспроизведения звука.

Пользовательский интерфейс ISDN представляет собой набор каналов определенного типа и с определенными скоростями. Сеть ISDN поддерживает два типа пользовательского интерфейса: базовый (Basic Rate Interface, BRI) и основной (Primary Rate Interface, PRI). Базовый интерфейс ВRI предоставляет пользователю два канала по 64 Кбит/с для передачи данных (каналы типа В) и один канал с пропускной способностью 16 Кбит/с для передачи управляющей информации (канал типа D). Все каналы работают в полнодуплексном режиме. В результате суммарная скорость интерфейса BRI для пользовательских данных составляет 144 Кбит/с по каждому направлению, а с учетом служебной информации – 192 Кбит/с. Различные каналы пользовательского интерфейса разделяют один и тот же физический двухпроводный кабель по технологии TDM, то есть являются логическими каналами, а не физическими. Данные по интерфейсу BRI передаются кадрами, состоящими из 48 бит. Каждый кадр содержит по 2 байта каждого из В каналов, а также 4 бита канала D. Передача кадра длится 250 мкс, что обеспечивает скорость данных 64 Кбит/с для каналов В и 16 Кбит/с для канала D. Кроме бит данных кадр содержит служебные биты для обеспечения синхронизации кадров, а также обеспечения нулевой постоянной составляющей электрического сигнала. Интерфейс BRI может поддерживать не только схему 2B+D, но и B+D и просто D(когда пользователь направляет в сеть только пакетизированные данные).

Базовый интерфейс стандартизован в рекомендации ^ I.430 (ITU-T).

Базовый интерфейс PRI предназначен для пользователей с повышенными требованиями к пропускной способности сети. Интерфейс PRI поддерживает либо схему 30B+D, либо схему 23B+D. В обеих схемах канал D обеспечивает скорость 64 Кбит/с. Первый вариант предназначен для Европы, второй – для Северной Америки и Японии. Ввиду большой популярности скорости цифровых каналов 2,048 Мбит/с в Европе и скорости 1,544 Мбит/с в остальных регионах, привести стандарт на интерфейс PRI к общему варианту не удалось.

Возможны варианты интерфейса PRI с меньшим количеством каналов типа В, например 20B+D. Каналы типа В могут объединяться в один логический высокоскоростной канал с общей скоростью до 1,920 Мбит/с. При установке у пользователя нескольких интерфейсов PRI все они могут иметь один канал типа D, при этом количество В каналов в том интерфейсе, который не имеет канала D, может увеличиваться до 24 или 31.

Основной интерфейс может быть построен на каналах типа Н. При этом общая пропускная способность интерфейса не должна превышать 2,048 или 1,544 Мбит/с. Для каналов Н0 возможны интерфейсы 3H0+D для американского варианта и 5H0+D для европейского. Для каналов H1 возможен интерфейс, состоящий только из одного канала Н11 (1,536 Мбит/с) для американского варианта или одного канала Н12 (1,920 Мбит/с) и одного канала D для европейского варианта.

Кадры интерфейса PRI имеют структуру кадров DS-1 для каналов Т1 или Е1 (DS-1 – Digital Signal level 1; для E1 – это 2.048 Мбит/сек, для Т1 – это 1.544 Мбит/сек).

Основной интерфейс PRI стандартизован в рекомендации ^ I.431 (ITU-T).

Таким образом, пользователь от провайдера (телефонной компании) получает один из интерфейсов, приведенных в таблице 1.

Таблица 1.

Интерфейс	BRI S-интерфейс	BRI U-интерфейс	T1 PRI (США, Япония)	E1 PRI (Европа и др.)
B-каналы	264	264	2364	3064
D-каналы	116	116	164	164
Синхронизация	16 Кбит/с	48 Кбит/с	8 Кбит/с	64 Кбит/с
Суммарный поток	160 Кбит/с	192 Кбит/с	1544 Кбит/с	2048 Кбит/с

^ 4.2. Структура абонентского стыка сети узкополосной ISDN

BRI – 2 - 2B1Q - 192 Кбит/сек = 2B + D₁₆ + 48

PRI – 4 - B8ZS -T1 - 1544 Кбит/сек=23B + D₆₄ + 8

HDB3-E1 - 2048 Кбит/сек=30B + D₆₄ + 64
Подключение пользовательского оборудования к сети ISDN осуществляется в соответствии со схемой подключения, разработанной ССIТТ (Consulting Committee for International Telegraph & telephone, МККТТ; с 1993 г. называется ITU-T – International Telecommunication Unit – Telecommunication sector), рис.1. Оборудование делится на функциональные группы, и в зависимости от группы различается несколько эталонных точек (reference points) соединения разных групп оборудования между собой.

AMI= 2 x 2

^ Физ. уровень

Кан. уровень

Рис.1. Интерфейсы ISDN

Устройства функциональной группы NT1 (Network Termination 1) образуют цифровое абонентское окончание (Digital Subscriber Line, DSL) на кабеле, соединяющем пользовательское оборудование с сетью ISDN. Фактически NT1 представляет собой устройство типа CSU(Channel Service Unit – первое устройство на территории клиента) которое работает на физическом уровне и образует дуплексный канал с соответствующим устройством CSU, установленном на территории оператора сети ISDN. Эталонная точка U соответствует точке подключения устройства NT1 к сети. Устройство NT1 может принадлежать оператору сети (хотя всегда устанавливается в помещении пользователя), а может принадлежать и пользователю. В Европе принято считать устройство NT1 частью оборудования сети поэтому пользовательское оборудование (например, маршрутизатор с интерфейсом ISDN) выпускается без встроенного устройства NT1. В Северной Америке принято считать устройство NT1 принадлежностью пользовательского оборудования, поэтому для этого применения оборудование часто выпускается со встроенным устройством NT1.

Если пользователь подключен через интерфейс BRI, то цифровое абонентское окончание (ввод в NT1) выполнено no 2-проводной схеме (как и обычное окончание аналоговой телефонной сети). При этом для организации дуплексного режима используется технология одновременной выдачи передатчиками потенциального кода 2В1Q с эхо подавлением и вычитанием своего сигнала из суммарного (2B1Q – потенциальный код с четырьмя уровнями потенциала: +2.5, +0.83, -0.83, -2.5 вольт; отбирает по 2 байта из каждого канала 2В и передает их в 4-х уровневый 1Q; обеспечивает полный дуплекс на скорости 64 +64 +16 сигн.- доступно после установления соединения + 48 синхр – недоступно пользователю = 192 Кбит/сек). Максимальная длина абонентского окончания в этом случае составляет 5,5 км.

Коммутатор ISDN имеет два типа интерфейсов:

^ U-интерфейсы линейных окончаний (Line Termination LT), обращенные к пользователям;
V-интерфейс для соединения с другими коммутаторами (Exchange Termination ET). Этот интерфейс интересует только владельца сети (провайдера услуг) ISDN.

Физически интерфейс в точке S/T представляет собой 4-проводную линию. Так как кабель между устройствами ТЕ1 или ТА и сетевым окончанием NT1 или NT2 обычно имеет небольшую длину, то разработчики стандартов ISDN решили не усложнять оборудование, так как организация дуплексного режима на 4-проводной линии намного легче, чем на 2-проводной. Для интерфейса S/T в качестве метода кодирования выбран биполярный AMI,(Alternate Mark Inversion coding – биполярное кодирование) причем логическая единица кодируется нулевым потенциалом, а логический ноль – чередованием потенциалов противоположной полярности.

^ 4.3. Широкополосные (B-ISDN )цифровые сети интегрального

обслуживания

Широкополосная ISDN основана на использовании технологии АТМ. Согласно с Рек. I.211 , все службы разделяют на:

интерактивные ( диалоговые службы, обмен сообщениями с накоплением,

информационный поиск по запросу);

распределительные (с индивидуальным управлением со стороны пользователя или без).

Диалоговые службы предоставляют услуги информационного обмена в реальном времени между пользователями или между пользователями и компьютером. Поток информации может быть симметричным или несимметричным. Службы обмена сообщениями с накоплением предназначены для опосредствованной связи между пользователями с промежуточным сохранением сообщений в центральных устройствах, которые автоматически направляют их адресату соответственно с заданными пользователем условиями (например, во время действия выгодных тарифов). Сообщения могут также сохраняться в электронных почтовых ящиках или в системах обработки сообщений (обеспечивающих их редактирование, обработку и преобразование).

Службы информационного поиска по запросу позволяют пользователю получать информацию из разных банков данных, созданных оператором связи в сетевых узлах или поставщиками информации в специальных центрах. Распределительные службы передают информацию центрального источника неограниченному числу абонентов, имеющих право приема. Службы без индивидуального управления предоставлением информации со стороны пользователя передают непрерывный поток сообщений, который пользователь может принимать или не принимать, но не может влиять на его содержание и на время передачи (это службы программ звукового и телевещания). Распределительные службы с индивидуальным управлением со стороны пользователя обеспечивают ему получение именно нужной информации и в удобное время. Внедрение В-ISDN целесообразно, если при этом удовлетворяются запросы потенциальных пользователей. Зарубежные экспертные оценки этих потребностей приведены в Табл.1

Виды услуг	Спрос пользователей
Делового сектора	Квартирного сектора
Диалоговые: видео телефония видео конференцсвязь видео наблюдение скоростная передача документов (изображений) скоростная передача данных дистанционное обучение работа на дому	значительный средний средний средний значительный средний -	значительный - малый малый - малый средний
Информационный поиск: поиск видеофильмов поиск документов и изображений поиск пакетов программ поиск компьютерных игр	малый средний средний -	значительный - - средний
Распределительные: телевидение электронные доски объявлений и т.п.	малый малый	значительный значительный
Потенциальный пользователь в B-ISDN может иметь потребности в получении по своему выбору разной информации (видео, звук, текст) о культурных событиях, новостях; выборе и заказе товаров и услуг, в частности, компьютерных игр, видеофильмов, обучающих программ, услуг телемедицины, каталогах и прайс-листах. Видео телефония В-ISDN по качеству изображения не уступает КТВ и в развитых странах может стать доступной многим квартирным абонентам. Деловые абоненты требуют в первую очередь быстрого и приемлемого по цене обмена данными и иной информацией между рабочими местами разных локальных сетей.

^ 4.4. Режимы переноса в телекоммуникациях (синхронный и асинхронный)

Режимы переноса информации по сетям определяются используемыми для этого методами мультиплексирования (т.е. объединения многих логических каналов в одном физическом). Эти методы работают на канальном уровне семиуровневой модели OSI / ISO. Различают два основных подхода к организации режима переноса: синхронный и асинхронный. Первый используется в телефонной концепции – технологии PDH и SDH (Plesio-synchronous Digital Hierarchy – плезиосинхронная цифровая иерархия организации телефонных магистральных каналов; эта технология на сегодня уже устарела и заменяется более совершенной – SDH ). SDH (Synchronous Digital Hierarchy – синхронная цифровая иерархия). Ее североамериканским аналогом и предшественником является система SONET (Synchronous Optical Networking – синхронная оптическая сетевая технология).

Синхронный перенос использует временное мультиплексирование каналов (TDM – Time Division Multiplexing), при котором дискретные порции каждого логического канала упаковываются в строго определенные места (тайм-слоты) синхронных транспортных модулей STM (Synchronous Transfer Module). Одна из главных особенностей режима синхронного переноса – это необходимость очень точной синхронизации задающих тактовых генераторов всех элементов сети, используемой этот метод переноса информации. Поскольку такая сеть может иметь большие территориально-распределенные масштабы (регионы и более), то проблема синхронизации становится одной из главных. Ее решают применением специальной отдельной системы синхронизации, которая является неразрывной частью общей сети синхронной передачи.

Главное достоинство систем синхронного переноса – это максимально высокое быстродействие, которое достигается за счет очень быстрой коммутации логических каналов; коммутацию можно выполнять не распаковывая транспортные модули, а непосредственно по мере получения первых же элементов этих модулей (поскольку их временное положение очень точно известно и они идентифицируются по своему тайм-слоту). Высокому быстродействию также способствует то, что задача определения маршрута решается один раз – при установлении логического виртуального канала по протоколам общеканальной сигнализации ОКС-7; после этого виртуальный канал определен, и его коммутация происходит практически без задержек. Основной недостаток систем синхронного переноса – отсутствие возможности гибкого перераспределения ресурсов канала в случае неравномерности информационного потока; иначе говоря, в общем случае, виртуальные каналы синхронного переноса, как правило, бывают сильно избыточны; отсюда их стоимость не является оптимальной.

Сети синхронного переноса являются сетями с коммутацией каналов.

Альтернативным и в определенном смысле конкурирующим, методом переноса является т.н. асинхронный перенос, который реализуется в системах ATM (Asynchronous Transfer Mode). Главная особенность асинхронного переноса состоит в том, информационные порции каждого логического канала оформляются в отдельные независимые пакеты небольшого размера (ячейки по 52 октета). Эти ячейки снабжаются заголовком из 5 октетов; в заголовке указывается номер виртуального канала и номер виртуального тракта (т.е. используется двухуровневая система нумерации виртуального канала). Также как и в системах SDH / SONET процессу непосредственной передачи полезной информации предшествует процедура установления виртуального канала; для этого в технологии АТМ предусмотрены специальные протоколы, функционально подобные протоколу ОКС-7, но ориентированные на коммутацию пакетов (ячеек) , а не каналов. Сами по себе системы АТМ тоже должны поддерживать очень строгую синхронизацию движения транспортных ячеек, вне зависимости от того, передается ли по ним полезная информация или нет. Поток ячеек движется непрерывно, и этот поток обеспечивают устойчивую синхронизацию всей системы. В то же время, процесс попадания в эти ячейки полезной нагрузки носит случайный (асинхронный) характер. АТМ-коммутатор, на вход которого поступают множественные логические каналы и потоки, выполняет роль регулировщика на перекрестке, который по определенному алгоритму назначает, из какого входящего потока, ждущего очереди, следует выбрать 48 октетов информации и поместить их в очередную транспортную ячейку АТМ. Этот выбор зависит от многих факторов, в частности, от длины очереди, приоритета и пр. Такой асинхронный порядок мультиплексирования каналов эффективнее использовать физический канал, и во многих приложениях, является более экономичным.

^ 4.5. Типы быстрой коммутации пакетов

Быстрая коммутация пакетов (в отличие от традиционной коммутации пакетов в IP-сетях) заключается в том, чтобы на определенных весьма протяженных участках маршрута пакетов исключить раскрытие пакета, анализ 32-битового IP–адреса назначения и применения методов маршрутизации пакета; эти процедуры весьма громоздки и приводят к существенным задержкам прохождения пакетов по сети. Такие задержки некритичны в традиционных приложениях передачи информации (например, скачивание прикладных программ, справочных данных, литературных источников и пр.). Однако в современных приложениях реального времени (например, живой виде-орепортаж или теле-конференция) эти задержки становятся неприемлемыми. В связи с этим был предложен некий гибрид классической концепции коммутации телефонных каналов и компьютерных сетей передачи данных.

Один из подходов быстрой коммутации пакетов заключается в предварительном установлении виртуального канала (по типу телефонного дозвона до абонента). В процессе установления такого канала можно зарезервировать необходимые ресурсы по всему виртуальному тракту прохождения пакетов, а также определить саму топологию их прохождения в виде одного или нескольких возможных маршрутов. Таким образом, во второй фазе – передаче полезной нагрузки – резко сокращаются накладные расходы на коммутацию пакетов, т.к. для коммутации используются короткие метки каналов. Этот способ реализован в технологиях АТМ и в технологии ретрансляции кадров FR (Frame Relay). Эти технологии используются в данной их части в основном на канальном уровне, хотя в полном стеке каждого из этих протоколов предусмотрены и более высокие уровни обработки. Теоретически, на технологии АТМ можно построить всю глобальную сеть, не используя никакие другие методы (в том числе и современный Интернет со стеком TCP/IP). Но на практике не так все просто. Эти технологии не смогли стать доминирующими и определяющими в современных сетях по целому ряду причин.

Еще одним методом быстрой коммутации пакетов является технология MPLS (Multi Protocol Label Switch). По существу ее можно рассматривать, как обобщение принципа двухуровневого именования виртуального канала в АТМ на случай многоуровневого. Этот принцип называется инкапсуляцией пакетов. Суть его в том, что на канальном уровне, перед заголовком кадра, помещается одна или несколько меток структурированного по иерархии виртуального канала. Эти метки образуют стек. Пакет, входя в домен MPLS, анализируется с помощью граничного маршрутизатора: для пакета выбирается один виртуальный маршрут до другого граничного маршрутизатора этого домена (на самом деле это не конкретный маршрут, а т.н. класс маршрутов заданной эквивалентности). С этой меткой пакет проходит по домену как по скоростному туннелю, не подвергаясь детальной обработке на каждом промежуточном узле-маршрутизаторе этого домена. По ходу продвижения виртуальные каналы могут объединяться в более крупные тракты (или транки) с присвоением дополнительной метки тракта. На выходе из домена все метки должны быть сняты.

Технология MPLS при всех своих достоинствах, не может быть универсальной технологией канального уровня. Ее иногда называют уровнем 2.5 – промежуточным между традиционными канальным и сетевым уровнями.

^ 4.6. Технология АТМ

Асинхронный режим переноса (передачи) ATM (Asynchronous Transfer Mode) заключается в транспортировании всех видов информации в пакетах фиксированной длины (ячейках – cells ) с асинхронным мультиплексированием потоков ячеек от разных пользователей в общем скоростном цифровом тракте. Преимущества ATM – возможность транспортирования любой информации независимо от пиковости нагрузки и требований к скорости передачи, к семантической и временной прозрачности сети. Семантическая прозрачность означает независимость качества передачи от содержания (семантики) трафика, будь то цифровые данные, телефонный разговор или видео трансляция. Временная прозрачность означает отсутствие существенно заметных временных задержек при передаче данных. Благодаря относительно коротким ячейкам (53 байта), минимизации функций коммутации и современным технологиям достигнутая производительность коммутаторов ATM уже составляет свыше 100 Гбит/сек. Поэтому МСЭ выбрал ATM для транспортирования информации в B-ISDN.

Режим ATM определяется протоколами уровней выше физического, поэтому может поддерживаться любыми ЦСП. В отличие от иных режимов переноса информации, ATM обеспечивает независимость от конкретных информационных служб, адаптацию к источникам нагрузки с переменной скоростью передачи, эффективное использование ресурсов сети, гибкость (источники могут генерировать информацию с разными скоростями, поэтому можно постоянно улучшать методы кодирования и сжатия и вводить новые службы с еще неизвестными характеристиками).

Режим ATM имеет следующие особенности:

отсутствие на уровне звена передачи защиты от ошибок и управления потоком

данных для защиты от перегрузок; это вызвано высоким качеством цифровых трактов передачи, имеющих пренебрежимо малые вероятности битовых ошибок и достаточные пропускные способности;

ориентация на соединение; перед передачей информации в сети ATM

устанавливается виртуальное соединение; в течение его установления

проверяется достаточность ресурсов для качественного обслуживания этого и

ранее установленных виртуальных соединений (контролируются потери ячеек

вследствие переполнения буферов коммутаторов ATM); если ресурсов

недостаточно, то в соединении будет отказано;

ограниченные функции заголовка ячейки ATM (5 байт); это сделано для ускорения его обработки и сокращения задержек ячеек в узлах коммутации ATM; заголовок обеспечивает только идентификацию виртуального соединения, маршрутизацию ячеек и позволяет мультиплексировать разные виртуальные соединения в общем тракте; ошибка в заголовке может вызвать потерю ячейки или ее доставку не по назначению, поэтому заголовок, в отличие от информационного поля, защищают от ошибок;
относительно короткое информационное поле ячейки (48 байт); это сделано для уменьшения объема буферов и длительностей задержек ячеек в узлах коммутации, что особо важно для служб реального времени.

В идеале внедрение ATM могло бы привести к существованию только одной сети с однотипным обслуживанием, выполняющим быструю коммутацию пакетов и асинхронное временное разделение ресурсов передачи, что резко сократило бы расходы на ее проектирование, построение и тех- эксплуатацию. Пока, однако, еще не решены проблемы адаптации сети ATM к требованиям разных служб к временной и семантической прозрачности. В целом едва ли эта технология сможет стать универсальной основой всех сетей.

^ 4.7. Качество обслуживания в АТМ и быстрая коммутация пакетов

Широкополосная ISDN основана на использовании технологии АТМ. Согласно с Рек. I.211 , все службы разделяют на:

интерактивные ( диалоговые службы, обмен сообщениями с накоплением,

информационный поиск по запросу);

распределительные (с индивидуальным управлением со стороны пользователя или без).

Диалоговые службы предоставляют услуги информационного обмена в реальном времени между пользователями или между пользователями и компьютером. Поток информации может быть симметричным или несимметричным. Службы обмена сообщениями с накоплением предназначены для опосредствованной связи между пользователями с промежуточным сохранением сообщений в центральных устройствах, которые автоматически направляют их адресату соответственно с заданными пользователем условиями (например, во время действия выгодных тарифов). Сообщения могут также сохраняться в электронных почтовых ящиках или в системах обработки сообщений (обеспечивающих их редактирование, обработку и преобразование). Службы информационного поиска по запросу позволяют пользователю получать информацию из разных банков данных, созданных оператором связи в сетевых узлах или поставщиками информации в специальных центрах.

Распределительные службы передают информацию центрального источника неограниченному числу абонентов, имеющих право приема. Службы без индивидуального управления предоставлением информации со стороны пользователя передают непрерывный поток сообщений, который пользователь может принимать или не принимать, но не может влиять на его содержание и на время передачи (это службы программ звукового и телевещания). Распределительные службы с индивидуальным управлением со стороны пользователя обеспечивают ему получение именно нужной информации и в удобное время. Внедрение В-ISDN целесообразно, если при этом удовлетворяются запросы потенциальных пользователей. Зарубежные экспертные оценки этих потребностей приведены в Таблице:

Виды услуг	Спрос пользователей
Делового сектора	Квартирного сектора
Диалоговые: видео телефония видео конференцсвязь видео наблюдение скоростная передача документов (изображений) скоростная передача данных дистанционное обучение работа на дому	значительный средний средний средний значительный средний -	значительный - малый малый - малый средний
Информационный поиск: поиск видеофильмов поиск документов и изображений поиск пакетов программ поиск компьютерных игр	малый средний средний -	значительный - - средний
Распределительные: телевидение электронные доски объявлений и т.п.	малый малый	значительный значительный
Потенциальный пользователь в B-ISDN может иметь потребности в получении по своему выбору разной информации (видео, звук, текст) о культурных событиях, новостях; выборе и заказе товаров и услуг, в частности, компьютерных игр, видеофильмов, обучающих программ, услуг телемедицины, каталогах и прайс-листах. Видео телефония В-ISDN по качеству изображения не уступает КТВ и в развитых странах может стать доступной многим квартирным абонентам. Деловые абоненты требуют в первую очередь быстрого и приемлемого по цене обмена данными и иной информацией между рабочими местами разных локальных сетей.

^ 4.7. Цифровая иерархия. Технологии PDH и SDH

Принципы построения цифровых каналов на базе технологий

PDH и SDH

Различают два основных подхода к организации режима переноса: синхронный и асинхронный. Первый используется в телефонной концепции – технологии PDH и SDH (Plesio-synchronous Digital Hierarchy – плезиосинхронная цифровая иерархия организации телефонных магистральных каналов; эта технология на сегодня уже устарела и заменяется более совершенной – SDH ). SDH (Synchronous Digital Hierarchy – синхронная цифровая иерархия). Ее североамериканским аналогом и предшественником является система SONET (Synchronous Optical Networking – синхронная оптическая сетевая технология).

Синхронный перенос использует временное мультиплексирование каналов (TDM – Time Division Multiplexing), при котором дискретные порции каждого логического канала упаковываются в строго определенные места (тайм-слоты) синхронных транспортных модулей STM (Synchronous Transfer Module). Одна из главных особенностей режима синхронного переноса – это необходимость очень точной синхронизации задающих тактовых генераторов всех элементов сети, используемой этот метод переноса информации. Поскольку такая сеть может иметь большие территориально-распределенные масштабы (регионы и более), то проблема синхронизации становится одной из главных. Ее решают применением специальной отдельной системы синхронизации, которая является неразрывной частью общей сети синхронной передачи.

Главное достоинство систем синхронного переноса – это максимально высокое быстродействие, которое достигается за счет очень быстрой коммутации логических каналов; коммутацию можно выполнять не распаковывая транспортные модули, а непосредственно по мере получения первых же элементов этих модулей (поскольку их временное положение очень точно известно и они идентифицируются по своему тайм-слоту). Высокому быстродействию также способствует то, что задача определения маршрута решается один раз – при установлении логического виртуального канала по протоколам общеканальной сигнализации ОКС-7; после этого виртуальный канал определен, и его коммутация происходит практически без задержек. Основной недостаток систем синхронного переноса – отсутствие возможности гибкого перераспределения ресурсов канала в случае неравномерности информационного потока; иначе говоря, в общем случае, виртуальные каналы синхронного переноса, как правило, бывают сильно избыточны; отсюда их стоимость не является оптимальной.

Сети синхронного переноса являются сетями с коммутацией каналов.

SDH - это система передачи (протокол), который определяет характеристики цифровых сигналов, включая структуру ссылка скрыта, метод ссылка скрыта, иерархию цифровых скоростей, кодовый шаблон ссылка скрыта и т.д. Стандартизация интерфейсов определяет возможность соединения различного оборудования от разных производителей. Система SDH обеспечивает универсальные стандарты для сетевых узловых интерфейсов, включая стандарты на уровни цифровых скоростей, структуру фрейма, метод мультиплексирования, линейные интерфейсы, мониторинг и управление. Поэтому SDH оборудование от разных производителей может легко соединяться и устанавливаться в одной линии, что наилучшим образом демонстрирует системную совместимость. Система SDH обеспечивает стандартные уровни информационных структур, то есть набор стандартных скоростей. Базовый уровень скорости — ссылка скрыта-1 155Mбит/с. Цифровые скорости более высоких уровней, таких как 622Мбит/с (STM-4) и 2.5Гбит/с (STM-16), могут быть сформированными при помощи низкоскоростных информационных модулей (STM-1) посредством побайтового мультиплексирования. Количество мультиплексируемых модулей умножается на 4. Например, STM-4=4·xSTM-1 и STM-16=4·STM-4.

^ Метод мультиплексирования

Поскольку низкоскоростные сигналы SDH мультиплексируются в структуру фрейма высокоскоростных сигналов SDH посредством метода побайтового мультиплексирования, их расположение во фрейме высокоскоростного сигнала фиксировано и определено или, скажем, предсказуемо. Поэтому низкоскоростной сигнал SDH, например 155 Мбит/с (STM-1) может быть напрямую добавлен или выделен из высокоскоростного сигнала, например 2.5 Гбит/с (STM-16). Это упрощает процесс мультиплексирования и демультиплексирования сигнала и делает SDH иерархию особенно подходящей для высокоскоростных волоконно-оптических систем передачи, обладающих большой производительностью. Поскольку принят метод синхронного мультиплексирования и гибкого отображения структуры, низкоскоростные сигналы ссылка скрыта (например, 2Мбит/с) также могут быть мультиплексированы в сигнал SDH (STM-N). Их расположение во фрейме STM-N также предсказуемо. Поэтому низкоскоростной трибутарный сигнал (вплоть до сигнала DS-0, т.е. одного ссылка скрыта PDH, 64 kbps) может быть напрямую добавлен или извлечен из сигнала STM-N. Заметьте, что это не одно и тоже с вышеописанным процессом добавления/выделения низкоскоростного сигнала SDH из высокоскоростного сигнала SDH. Здесь это относится к прямому добавлению/выделению низкоскоростного трибутарного сигнала такого как 2Мбит/с, 34Мбит/с и 140Мбит/с из сигнала SDH. Это устраняет необходимость использования большого количества оборудования мультиплексирования / демультиплексирования (взаимосвязанного), повышает надежность и уменьшает вероятность ухудшения качества сигнала, снижает стоимость, потребление мощности и сложность оборудования. Добавление / выделение услуг в дальнейшем упрощается.

Этот метод мультиплексирования помогает выполнять функцию ссылка скрыта (DXC) и обеспечивает сеть мощной функцией самовосстановления. Абонентов можно динамически соединять в соответствии с потребностями и выполнять отслеживание трафика в реальном времени.

Многочисленные заголовки в сигналах SDH составляют 1/20 от общего количества байтов в фрейме. Это намного облегчает функцию ОАМ (ссылка скрыта ) и уменьшает стоимость системы техобслуживания, что очень важно, так как она составляет значительную часть от общей стоимости оборудования.

Совместимость

SDH имеет высокую совместимость. Это означает, что сеть передачи SDH и существующая сеть PDH могут работать совместно, пока идет установление сети передачи SDH. Сеть SDH может быть использована для передачи услуг PDH, а также сигналов других иерархий, таких как ссылка скрыта и ссылка скрыта. Базовый транспортный модуль (STM-1) может размещать и три типа сигналов PDH, и сигналы ATM, FDDI, DQDB. Это обуславливает двустороннюю совместимость и гарантирует бесперебойный переход от сети PDH к сети SDH и от SDH к АТМ. Как SDH размещает сигналы этих иерархий? Она просто мультиплексирует низкоскоростные сигналы различных иерархий в структуру фрейма STM-1 сигнала на границе сети (стартовая точка — точка ввода) и затем демультиплексирует их на границе сети (конечная точка — точка вывода). Таким образом цифровые сигналы различных иерархий могут быть переданы по сети передачи SDH.

^ 4.9. Коммутация пакетов и ретрансляция кадров Frame Relay (FR)

Механизмы обеспечения качества обслуживания в технологии

Frame Relay

В последние годы в связи с использованием новых услуг резко возросли потребности в объемах и скоростях передачи данных. Применение технологии Х.25 (сеть с коммутацией пакетов), которая начала развиваться в 70-х годах в период широкого использования ненадежных аналоговых каналов, не позволяет решать эту задачу, так как:

для обеспечения надежности и безошибочной передачи данных предусмотрены процедуры исправления ошибок (за счет повторной передачи) на каждом промежуточном узле коммутации и маршрутизации в случает сбоев в сети; это приводит к задержкам передачи пакетов и, как следствие, к уменьшению пропускной способности;
данная технология низкоскоростная (диапазон от 2.4 до 64 Кбит/сек).

Поэтому Х.25 нельзя применять для поддержки работы прикладных процессов, которые работают в реальном времени, и для передачи аудио- и видеоинформации.

Технология ретрансляции кадров ^ Frame Relay (FR) основана на цифровой сети передачи данных с коммутацией пакетов. Ее можно рассматривать как упрощенный вариант реализации сети Х.25 для надежных цифровых каналов с большой скоростью передачи данных. Важная особенность сети заключается в том, что поиск и коррекцию ошибок выполняют оконечные узлы. В технологии FR используется сквозная коммутация, т.е. кадр направляется к следующему узлу сразу после прочтения адресной информации. Если обнаруживается ошибка, то маршрутизаторы FR уничтожают кадры. Их восстанавливает оборудование конечных пользователей, поддерживающее работу протоколов верхних уровней модели OSI. Это значительно сокращает время обработки пакета в промежуточных узлах, что повышает пропускную способность сети, обеспечивая при этом высокую экономичность и эффективность передачи данных.

Сеть FR обеспечивает простую, ориентированную на соединение транспортную службу передачи данных. К преимуществам технологии следует отнести:

простой формат кадра, имеющий минимум управляющей информации;
независимость от протоколов верхних уровней модели OSI;
малое время задержки при передаче кадра, что позволяет кроме передачи данных организовать передачу аудио- и видеоинформации, т.е. реализовать сеть с интеграцией услуг.

Исследованиями технологии и разработкой стандартов FR занимаются три организации:

Frame Relay Forum (FRF);
ANSI – Американский национальный институт стандартов, который разработал стандарты Т1.602, Т1.606, Т1.607-1990, TIS/91-695, T1.617, T1.618;
ITU-T – Международный Институт Электросвязи, который разработал Рекомендации I.122, I.233, I.555, Q.902, Q.922, Q.931, Q.933, Q.2931.

Наиболее мощной является FRF, куда входят свыше 300 фирм (Motorola, 3Com, Cisco, Newbridge Network и др.), которые разрабатывают и производят сетевое оборудование.

Протокольная модель FR охватывает два нижних уровня эталонной модели OSI – физический и канальный. На физическом уровне FR поддерживает интерфейсы по стандартам как ITU, так и ANSI: V.24, V.35, X.21, интерфейсы BRI и PRI сети ISDN, полные и дробные протоколы T1/E1, SDH, т.е. на физическом уровне фактически реализуются аспекты подключения терминального оборудования данных (Data Terminal Equipment, DTE) к аппаратуре передачи данных (Data Communication Equipment, DCE).

На канальном уровне для управления передачей используется протокол LAPF, описанный в рекомендации ITU Q.922. LAPF является бит-ориентированным синхронным протоколом и использует кадр как информационный элемент. С одной стороны, он очень похож на HDLC (High Level Data Link Control). Но многие элементы кадра HDLC исключены из основного формата кадра FR. С другой стороны, он очень похож на протокол LAPD (Link Access Protocol for D-channel)- протокол доступа к каналу D , используемый в сети ISDN.

Основное отличие протокола FR от HDLC состоит в том, что он не предусматривает передачу управляющих сообщений (нет командных или супервизорных кадров, как в HDLC). Для передачи служебной информации используется специальный выделенный канал сигнализации. Другое важное отличие – отсутствие нумерации последовательно переданных (принятых) кадров из-за того, что протокол FR не имеет механизмов подтверждения правильно принятых кадров. Следует отметить , что базовая верcия протокола FR реализует только часть функций канального уровня, которые включают проверку кадра на правильность и отсутствие в нем ошибок, но исключает требование повторной передачи в случае выявления ошибок. Такие протокольные функции, как порядковая нумерация, поворот окна, подтверждение и управление кадры, в сети FR не используются. В то же время протоколы FR поддерживают функции сетевого уровня, такие как маршрутизация, управление логическим каналом, которые позволяют устанавливать соединение через сеть.

Максимальная скорость, допускаемая протоколом FR — 34.368 мегабит/сек (каналы E3).

Frame Relay был создан в начале 1990-х в качестве замены протоколу ссылка скрыта для быстрых надёжных каналов связи, технология FR архитектурно основывалась на X.25 и во многом сходна с этим протоколом, однако в отличие от X.25, рассчитанного на линии с достаточно высокой частотой ошибок, FR изначально ориентировался на физические линии с низкой частотой ошибок, и поэтому большая часть механизмов коррекции ошибок X.25 в состав стандарта FR не вошла. В разработке спецификации принимали участие многие организации; многочисленные поставщики поддерживают каждую из существующих реализаций, производя соответствующее аппаратное и программное обеспечение.

Frame relay обеспечивает множество независимых виртуальных каналов (Permanent Virtual Circuits, ссылка скрыта) в одной линии связи, идентифицируемых в FR-сети по идентификаторам подключения к соединению (Data Link Connection Identifier, ссылка скрыта), но не имеет средств коррекции и восстановления. Вместо средств управления потоком включает функции извещения о перегрузках в сети. Возможно назначение минимальной гарантированной скорости (ссылка скрыта) для каждого виртуального канала.

В основном применяется при построении территориально распределённых корпоративных сетей, а также в составе решений, связанных с обеспечением гарантированной пропускной способности канала передачи данных (ссылка скрыта, ссылка скрыта и т. п.).

Формат кадра

Флаг (1 Byte)

Адрес (2-4 Byte)

Данные (переменный размер)

FCS (2 Byte)

Флаг (1 Byte)

Каждый кадр начинается и замыкается «флагом» — последовательностью «01111110». Для предотвращения случайной имитации последовательности «флаг» внутри кадра при его передаче проверяется всё его содержание между двумя флагами и после каждой последовательности, состоящей из пяти идущих подряд бит «1», вставляется бит «0». Эта процедура (bit stuffing) обязательна при формировании любого кадра FR, при приёме эти биты «0» отбрасываются.

FCS (Frame Check Sequence) — проверочная последовательность кадра служит для коррекции ошибок и формируется аналогично циклическому коду ссылка скрыта.

Поле данных имеет минимальную длину в 1 октет, максимальную по стандарту Frame Relay Forum — 1600 октетов, однако в реализациях некоторых производителей FR-оборудования допускается превышение максимального размера (до 4096 октетов).

Поле Адрес кадра Frame Relay, кроме собственно адресной информации, содержит также и дополнительные поля управления потоком данных и уведомлений о перегрузке канала и имеет следующую структуру:

DLCI (6 Bit)

C/R (1 Bit)

EA (1 Bit)

DLCI (4 Bit)

FECN (1 Bit)

BECN (1 Bit)

DE (1 Bit)

EA (1 Bit)

Наименования и значения полей:

Имя поля	Назначение
DLCI	Data Link Connection Identifier — идентификатор виртуального канала (PVC), мультиплексируемого в физический канал. DLCI имеют только локальное значение и не обеспечивают внутрисетевой адресации. Т. е., кадры, передаваемые через конкретный PVC в любом направлении (от абонента или к абоненту), содержат одинаковый DLCI.
C/R	Command / Response — зарезервирован, в настоящее время не используется.
EA	Address Field Extension Bit — бит расширения адреса. DLCI содержится в 10 битах, входящих в два октета заголовка, однако возможно расширение заголовка на целое число дополнительных октетов с целью указания адреса, состоящего более чем из 10 бит. EA устанавливается в конце каждого октета заголовка; если он имеет значение «1», то это означает, что данный октет в заголовке последний.
FECN	Forward Explicit Congestion Notification — извещение о перегрузке канала в прямом направлении.
BECN	Backward Explicit Congestion Notification — извещение о перегрузке канала в обратном направлении.
DE	Discard Eligibility Indicator — индикатор разрешения сброса кадра при перегрузке канала. Выставляется в «1» для данных, подлежащих передаче в негарантированной полосе (EIR) и указывает на то, что данный кадр может быть уничтожен в первую очередь.

Blog

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

Содержание