КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по КУРСУ ЦИФРОВЫЕ СЕТИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЦСИО

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по КУРСУ ЦИФРОВЫЕ СЕТИ ИНТЕГРАЛЬНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ (ЦСИО)

Лекция 1. Цифровые сети интегрального обслуживания. Краткое изложение курса

1.1. Состояние и тенденции развития современных телекоммуникационных систем   В последние несколько лет наблюдается тенденция ускоренного развития индустрии систем передачи информации. Ведущие…

Атрибуты сервиса.

Различают опорный сервис и телесервис (Рис.2) Опорный сервис реализует функции трех нижних уровней модели ВОС/МОС . Телесервис – реализует функции как нижних (1-3), так и верхних (4-7) уровней модели ВОС/МОС.

Немного терминологии и истории

Для обозначения цифровых сетей интегрального обслуживания в технической литературе используются следующие сокращения:

ЦСИО - цифровые сети интегрального обслуживания

ЦСИС - цифровые сети интегрального сервиса (с интеграцией служб)

У- ЦСИО – узкополосные цифровые сети интегрального обслуживания

У-ЦСИС - узкополосные цифровые сети интегрального сервиса

ISDN - Integrated Services Digital Network

N-ISDN - Narrowband Integrated Services Digital Network

Перечисленные сокращения являются равноправными и относятся к ЦСИО, в которых скорость передачи не превышает 2 Мбит/сек.

 

Обозначения

Ш-ЦСИО - широкополосные ЦСИО

B-ISDN - Broadband ISDN

относятся к ЦСИО, в которых используются широкополосные каналы со скоростями более 2 Мбит/сек.

 

Лекция 2. Принципы организации связи в телекоммуникационных системах

  Сообщения, сигналы и методы модуляции  

Непрерывная функция (сигнал) с ограниченным спектром частот (наивысшая частота Fгр) может быть точно представлена своими мгновенными значениями в моменты, отстоящие друг от друга на 1/2Fгр

 

По теореме Котельникова частота дискретизации сигнала F_d .

Fd >=2* Fгр

Теорема Котельникова сыграла значительную роль в развитии теории связи и информации. Она наглядна при спектральном представлении сигнала. Её… Квантование амплитуды сигнала.  

Инженерно-технологические принципы организации систем связи

Системы ИКМ

· В электрических цепях можно обеспечить гораздо большую скорость передачи импульсов чем 64 Кбит/с   При использовании ИКМ модуляции длительность двоичных импульсов и пауз между ними может быть очень малой. Появляется…

Группообразование системы ИКМ

 

Система ИКМ 30/32 - является базовым модулем (первичная группа) цифровых систем передачи. Для большего числа каналов создается иерархическая система скоростей передачи с коэффициентом равным 4.

2 группа - 4*30=120 каналов, скорость передачи 8,192 Мбит/с

3 группа - 16*30=480 каналов , скорость передачи 34 Мбит/с

4 группа - 48*30=1920 каналов , скорость передачи 140 Мбит/с

 

Иерархическая система со скоростями 34 Мбит/с и 140 Мбит/с - плезиохронная цифровая иерархия (ПЦИ)

Новые методы синхронизации привели к синхронной цифровой иерархии - СЦИ (Скорости передачи 64Кб/с, 2 Мбит/c 155Мбит, 622 Мбит, 1,2 Гбит/с более соответствуют системам передачи с использованием ВОЛС).

В настоящее время ПЦИ существует, но осуществляется переход к СЦИ.

 

 

Режимы переноса информации

Коммутация каналов -формирование покаждому запросу пользователя отдельного канала (т.е. выделение пропускной способности) из конца в конец.

Особенности:

• гарантированное качество передачи,
• один маршрут - неизменяемый порядок прихода пакетов,
• низкая эффективность,
• возможен отказ в установлении соединения)

Коммутация пакетов -разбиение исходного сообщения на блоки (пакеты) и передача каждого пакета независимо друг от друга в общем потоке с другими сообщениями.

Особенности:

более высокая эффективность,

нет гарантии качества,

возможно изменение маршрута и нарушение порядка следования пакетов.

Компьютерные сети - сети коммутации пакетов.

 

Структурные принципы организации телекоммуникационных систем (сетей)

Структура - сеть. СПД включает линии связи (ЛС) и абонентские пункты (АП) Рис ЛС - физическая среда, оборудованная каналообразующей аппаратурой (КОА)

Логические принципы организации связи

 

Многоуровневая архитектура связи

Необходимость объединения разнотипных ЭВМ и информационных систем в распределенные ассоциации потребовала выработки идеологической концепции…   Основными особенностями этой модели являются

Модель OSI

Эталонная модель OSI, иногда называемая стеком OSI представляет собой 7-уровневую иерархию, разработанную Международной организацией по стандартам (International Standardization Organization - ISO). Эта модель содержит в себе по сути 2 различных модели:

• горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах
• вертикальную модель на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одной машине

В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальной - соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов API.

Рисунок 1 Модель OSI

Уровень 1, физический

Физический уровень получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включают:

• Тип кабелей и разъемов
• Разводку контактов в разъемах
• Схему кодирования сигналов для значений 0 и 1

К числу наиболее распространенных спецификаций физического уровня относятся:

• EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 - механические/электрические характеристики несбалансированного последовательного интерфейса.
• EIA-RS-422/449, CCITT V.10 - механические, электрические и оптические характеристики сбалансированного последовательного интерфейса.
• IEEE 802.3 -- Ethernet
• IEEE 802.5 -- Token ring

Уровень 2, канальный

Канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Спецификации IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде (MAC). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде.

Наиболее часто используемые на уровне 2 протоколы включают:

• HDLC для последовательных соединений
• IEEE 802.2 LLC (тип I и тип II) обеспечивают MAC для сред 802.x
• Ethernet
• Token ring
• FDDI
• X.25
• Frame relay

Уровень 3, сетевой

Сетевой уровень отвечает за деление пользователей на группы. На этом уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень.

Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:

• IP - протокол Internet
• IPX - протокол межсетевого обмена
• X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2)
• CLNP - сетевой протокол без организации соединений

Уровень 4, транспортный

Транспортный уровень делит потоки информации на достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень.

Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня включают:

• TCP - протокол управления передачей
• UDP – протокол пользовательских дейтаграмм
• NCP - Netware Core Protocol
• SPX - упорядоченный обмен пакетами
• TP4 - протокол передачи класса 4

Уровень 5, сеансовый

Сеансовый уровень отвечает за организацию сеансов обмена данными между оконечными машинами. Протоколы сеансового уровня обычно являются составной частью функций трех верхних уровней модели.

Уровень 6, уровень представления

Уровень представления отвечает за возможность диалога между приложениями на разных машинах. Этот уровень обеспечивает преобразование данных (кодирование, компрессия и т.п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня. Протоколы уровня представления обычно являются составной частью функций трех верхних уровней модели.

Уровень 7, прикладной

К числу наиболее распространенных протоколов верхних уровней относятся: FTP - протокол переноса файлов TFTP - упрощенный протокол переноса… Обмен информацией всегда требует выполнения ряда функций, некоторые из которых…  

Оборудование локальных сетей

Оборудование локальных сетей подразделяется на активное – интерфейсные карты компьютеров, повторители, концентраторы и т.п., и пассивное – кабели,…  

Кабельные системы локальных сетей

Традиционной и наиболее широко распространенной физической средой передачи информации в локальных сетях являются кабели. Альтернативой кабелю в… Кабельные системы первых сетей, получивших широкое распространение и… Согласно концепции СКС, по всей площади здания, на которой потенциально могут располагаться рабочие места (Workarea),…

Электрические кабели для передачи данных

Для передачи сигналов используются две основных разновидности кабеля – коаксиальный кабель и витые пары проводников.   Коаксиальный кабель

Соединительная аппаратура для электрических кабелей передачи данных

Для коаксиального кабеля применяют коаксиальные разъемы. Для “толстого” кабеля Ethernet (RG-8 и RG-11) предназначены разъемы типа “N” (N-series… Розетки категории 5 (на них должно быть соответствующее обозначение)…

Оптоволоконный кабель

 

Структурированные кабельные системы

· EIA/TIA-568A Commercial Building Telecommunications Wiring Standard (американский) · CENELEC EN50173 Performance Requirements of Generic Cabling Schemes… · ISO/IEC IS 11801 Information Technology - Generic cabling for customer premises cabling (международный).

Кабельные элементы СКС

Структурированная кабельная система здания включает следующие компоненты:

· Горизонтальная кабельная система

· Магистральная кабельная система

· Зона рабочих мест

· Телекоммуникационные розетки

· Телекоммуникационные помещения

· Помещение для оборудования

· Средства ввода телекоммуникаций в здание.

Горизонтальная кабельная система простирается от телекоммуникационных розеток рабочей зоны до горизонтальных кросс-соединений в телекоммуникационных помещениях Она включает в себя телекоммуникационные розетки, горизонтальный кабель, механические средства его оконцовки, патч-корды и джамперы, обеспечивающие горизонтальные кросс-соединения внутри телекоммуникационного помещения, а также кабель для подключения абонентского оборудования.

 

 

Активное оборудование компьютерных сетей

Физический уровень Усилители, Повторители, Концентраторы, (Хабы) Канальный уровень Мосты, Коммутаторы Сетевой уровень Маршрутизаторы.

Основные принципы, заложенные в концепцию ЦСИО

• Использование цифрового тракта из конца в конец.
• Широкий спектр сервисов
• Ограниченное число многофункциональных интерфейсов
• Ограниченного число типов соединений.
• Использование медных (не оптических) абонентских линий. (У-ЦСИО)

 

Немного из истории

 

Технология ISDN появилась достаточно давно - почти 20 лет назад. Основополагающие спецификации содержатся в рекомендациях Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (современное название этого комитета - Международный союз электросвязи - МСЭ) серии I.

 

Рекомендации МСЭ-Т серии I

 

I.100 – Общая концепция ЦСИО. Терминология.

I.121 –Концепция Ш-ЦСИО.

 

I.200 – Классификация видов сервиса и их характеристики

I.300 – Принципы функционирования ЦСИО. Методы коммутации. Протокольная модель ЦСИО. Нумерация и адресация.

I.320 – Основные виды информации (U, C, M).

I.330 - План нумерации на сети ЦСИО

 

I.400 – Интерфейс “Пользователь-сеть”. Процедуры установления и разъединения соединения

I.431 - Интерфейс “Пользователь-сеть” Уровень 1.

I.441 (Q.921) - Интерфейс “Пользователь-сеть” Уровень 2.

I.451 (Q.031) - Интерфейс “Пользователь-сеть” Уровень 3.

I.500 – Межсетевые интерфейсы и взаимосвязь с сетями других видов.

 

I.600 – Техническое обслуживание компонентов ЦСИО.

 

 

Ядро ISDN

 

Основой ISDN является цифровизируемая телефонная сеть, т.е. сеть на базе цифровых телефонных каналов 64 Кбит/с. Поэтому по сути ISDN - сеть с коммутацией каналов, однако в ней возможна также передача данных с коммутацией пакетов. Сеть ISDN (точнее, N-ISDN) позволяет использовать существующие медные кабели абонентской сети. Соединения от абонента до абонента проходят по непрерывному цифровому тракту. Услуги ISDN базируются на двух стандартах:

•Базовый доступ (Basic Rate Interface (BRI)) - два B-канала 64 кбит/с и один D-канал 16кбит/с

•Первичный доступ (Primary Rate Interface (PRI)) - 30 B-каналов 64кбит/с и один D-канал 64 кбит/с

 

Обычно пропускная способность BRI составляет 144 Кбит/с. При работе с PRI полностью используется вся магистраль цифровой связи (DS1), что дает пропускную способность 2Мбит/c. Пропускная способность канала D в PRI составляет 64 Кбит/с.

 

 

Нумерация сети ISDN

 

Для ISDN используется нумерация существующей телефонной сети. В дополнение к номеру абонента ISDN предусматривается возможность передачи подадреса ISDN. Подадрес ISDN служит для уточненной адресации внутренних устройств пользователя, выбранного с помощью подадреса ISDN

 

 

Код зоны	Абонентский номер	Подадрес
	Код станции	Номер внутри станции

 

 

Длина полей КЗ и АН может быть различной. В России суммарная длина полей КЗ и АН должна быть не больше 14 цифр.

 

Код зоны (КЗ) - код города или вторичной ведомственной сети (напр. Жел. дор. связь)

Код станции (КС) - для станций ЦСИО должен иметь особый признак.

Станции ЦСИО – на базе 6 миллионной зоны.

 

Пример

 

ЦСИО -ЦСИО 6хх.хххх + подадрес

ЦСИО - ТЛФОП 622.хххх -> 322.хххх

ТПФОП – ЦСИО 322.хххх -> 622.хххх (на узле исходной связи формируется подадрес).

 

 

Система сигнализации N7

 

Составляющей частью сети ISDN является система сигнализации N7. Используемая в ISDN система сигнализации является системой сигнализации по общему каналу. Принцип ее в следующем. Все линейные и управляющие сигналы (номер вызываемого абонента, подтверждения принятия данного номера, информация о доступности абонента занят или свободен, разъединение с конкретным типом отказа и т.д.) упаковываются в специальные пакеты данных и снабжаются идентификаторами разговорных каналов, исходящих и входящих станций, а также служебной информацией. Эти пакеты данных (так называемые сигнальные единицы) передаются по отдельному сигнальному каналу. Только с помощью этого типа сигнализации можно объединить сети ISDN. Все станции с ISDN портами в городе и области соединены между собой при помощи системы сигнализации N7. Если же один из абонентов является обычным аналоговым абонентом или требуется переход на другую систему сигнализации, то многие услуги ISDN становятся недоступными.

 

 

Преимущества для пользователя

 

ISDN предлагает много новых возможностей, такие как настольная видеотелефония и электронные газеты.

Речь, данные, изображения и видео могут быть закодированы терминалом пользователя и переданы в цифровом виде, без ошибок, по полностью цифровой сети.

•Это двунаправленные каналы, которые обрабатывают все типы трафика, будь то городской или междугородный и т.д.

•Быстрая сигнализация по D-каналу гарантирует очень короткое время установления соединения.

•Высокое качество обеспечивает цифровая передача речи и данных от абонента до абонента.

При объединении удаленных LAN, при доступе в корпоративную LAN, Internet или интерактивные службы по каналам ISDN часто используется подключение с повременной оплатой. В этом случае наибольший интерес представляет оборудование, позволяющее осуществлять сжатие передаваемых данных и, следовательно, уменьшать время использования линии на единицу передаваемой информации. К тому же, компрессия передаваемых данных является дополнительной защитой, снижая вероятность расшифровки информации при несанкционированном подключении к линии.

Важным средством, обеспечивающим эффективность использования линии, является установление соединения по требованию (Connect on demand) - только на время сеанса передачи данных. По его завершению физическое соединение разрывается. В отличие от арендованных каналов использование каналов связи по требованию позволяет осуществлять доступ к сети или, наоборот, прерывать связь в зависимости от заданных условий или произошедших в сети событий.

Важной функцией является и установление пропускной способности по требованию (Bandwidth on demand). При превышении полосы пропускания одного B-канала автоматически подключается второй. Для увеличения пропускной способности по протоколу PPP, который обычно используется для подключения к сети Internet, разработан стандарт Multilink PPP (MPPP). Он позволяет объединять несколько В-каналов и создавать один логический канал c увеличенной пропускной способностью.

Средства ISDN " прозрачны" для любого вида информации, будь то трафик видеотелефонии, компьютерные данные, речь, графические изображения и т.д. Пользователю остается только выбрать нужный ему терминал.

 

Услуги предоставляемые сетью ISDN

 

Основные услуги

-услуги по передаче информации (уровни с 1 по 3 модели взаимодействия открытых систем МВОС) :

•3.1 кГц Аудио •Речь •Передача цифровой информации

•Пакетный режим

 

-услуги телесервиса (уровни с 4 по 7 модели взаимодействия открытых систем МВОС) :

•Телефакс гр. 2/3

•ISDN телефония 3.1 кГц •ISDN телефония 7 кГц

•Телефакс гр. 4 •Телетекс 64 кбит/с

•Видеотекс •Видеотелефония

 

Дополнительные услуги

Реализуемые в оконечном устройстве - услуги, которые не требуют доступа к данным в других устройствах сети.

Предоставляемые сетью - услуги, которые требуют доступа к информации, хранящийся в станциях коммутации или в устройствах сети. Более подробно о дополнительных услугах Вы можете узнать в разделе возможности.

 

Речь

Услуга обеспечивает поддержание обмена речевой информации между точками обмена. Эта категория услуги передачи не предназначена для передачи данных модемами в полосе частот речевого сигнала.

3.1 кГц Аудио

Услуга обеспечивает передачу аудиоинформации в спектре шириной 3.1 кГц и соответствует услуге передачи речи и данных в речевом диапазоне через модемные устройства.

Цифровая информация без ограничений

Услуга обеспечивает неограниченный обмен информацией между точками обмена.

Пакетный режим

Услуга обеспечивает передачу информации в пакетном режиме между точками обмена.

ISDN телефония 3.1кГц

В любой момент времени существуют два канала передачи разговора.

 

ISDN телефония 7кГц

Подобна телефонии 3.1 кГц, но в терминальном оборудовании, осуществляется специальное кодирование, делающее возможным передачу полосы 7 кГц со скоростью 64 кбит/с.

Телефакс гр. 4

Услуга обеспечивает передачу страницы формата А4 менее чем за 10 секунд с разрешающей способностью 300-400 точек на дюйм. Возможна совместимость с факсами группы 3.

Телетекс 64 кбит/с

Услуга позволяет пользователям обмениваться деловой корреспонденцией в форме документов. При использовании услуги передача страницы формата А4 со скоростью 2,4 Кбит/с потребуется приблизительно 1 с.

Видеотекс

Услуга обеспечивает более эффективно передавать текстовую и графическую информацию в смешенном виде. Генерация картинки на экране при использовании скорости передачи 64 Кбит/с стала 2 секунды.

 

 

Компоненты ISDN

Следующей точкой соединения в сети ISDN, расположенной за пределами устройств ТЕ1 и ТЕ2, является NT1 или NT2. Это устройства завершения работы… В ISDN задано определенное число контрольных точек. Эти контрольные точки… На Рис. 3-1 показан "Образец конфигурации ISDN". Нa рисунке изображены три устройства, подключенные к…

Структуры интерфейса и ресурсы доступа.

4.1. Типы каналов   4.1.1. Канал В.

Уровень 1

Физически к одной цепи может быть подключено множество устройств пользователей… Терминалы не могут передавать в D-канал до тех пор, пока они не распознают специфичное число единиц (указывающих на…

Уровень 2

Поля "флаг" (flag) и "управление" (control) LAPD идентичны…

Уровень 3

Для передачи сигналов ISDN используются две спецификации Уровня 3: CCITT 1.450 (известная также как CCITT Q.930) и CCITT 1.451 (известная также как SSITT Q.931). Вместе оба этих протокола обеспечивают соединения пользователь-пользователь, соединения с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов. В них определены разнообразные сообщения по организации и завершению обращения, информационные и смешанные сообщения, в том числе SETUP (УСТАНОВКА), CONNECT (ПОДКЛЮЧАТЬ), RELEASE (ОТКЛЮЧЕНИЕ), USER INFORMATION (ИНФОРМАЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ), CANCEL (ОТМЕНА), STATUS (СОСТОЯНИЕ) и DISCONNECT (РАЗ'ЕДИНЯТЬ). Эти сообщения функционально схожи с сообщениями, которые обеспечивает протокол Х.25.

На рис., взятом из спецификации CCITT 1.451, показаны типичные стадии обращения с коммутацией каналов ISDN.

 

 

Лекция 4. Широкополосные ЦСИО

В качестве технического решения, способного обеспечить функции В-ISDN, Международным консультативным комитетом по телефонной и телеграфной связи… Сущность технологии АТМ заключается в передаче всех видов информации пакетами… АТМ-технология в значительной степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к перспективным компьютерным сетяи.

Основные понятия и принципы АТМ- технологии

 

Идея создания АТМ-сетей появилась в конце 80х годов, когда специалисты ведущих фирм разработчиков средств телекоммуникации поняли, что для удовлетворения новых требований пользователей необходимо решить две коренные задачи

· :разработать технологию, обеспечивающую высокую пропускную способность линий связи

· разработать технологию высокоскоростного переключения потока битов из одной щирокополосной линии связи в другую.

В результате для решения первой задачи было предложено семейство стандартных широкополосных волоконно-оптических линий связи - SDH (Synchronous Digital Hierarchy) - Синхронная Цифровая Иерархия. В США стандарт SDH известен как SONET (Synchronous Optical Network.).

Для решения задачи мультиплексирования и быстрой коммутации была предложена АТМ технология объединения высокоскоростных линий связи в единую сетевую архитектуру..

Раньше тип используемой сети существенно зависел от ее протяженности. Если оконечные системы располагались в пространстве в пределах 1-2 км лучшими решением было создание Локальной Сети ( ЛС). Для более длинных дистанций как правило требовалась Глобальная сеть (ГС). Иногда вводились промежуточные решения - MAN. Аппаратура, ПО и протоколы этих типов сетей были уникальны для каждого типа сети.

 

Аппаратура, ПО и протоколы, разработанные для ЛС, не могли функционировать на “глобальных расстояниях" без значительных модификаций или установки промежуточных дополнительных сетевых устройств. Объединение двух ЛС требовало включения между ними ГС с маршрутизатором, функционирующим одновременно и в качестве узла ЛС и ГС.

Технология АТМ декларирует принципиально другой подход.

 

Основные принципы АТМ-технологии сформулированы в виде семейства стандартов, не ограничивающих протяженность и пропускную способность сети и определяющих базовую сетевую инфраструктуру, единую для различных видов передаваемой информации,

Эти стандарты касаются аппаратных средств, программного обеспечения и принципов их взаимодействия.

 

Философия АТМ-технологии крайне проста: информацию любого вида можно представить в виде набора битов. Задача сети - наиболее эффективно транспортировать биты из пункта А в пункт В с наименьшей задержкой на обработку в узлах сети. .Для этого следует использовать блоки данных фиксированного небольшого размера и максимально упростить обработку этих блоков в узлах сети.

 

АТМ-сеть можно представить как множество оконечных систем (End System – ES) и промежуточных узлов сети - коммутаторов (K), соединенных линиями связи (звеньями) точка-точка.

 

 

АТМ-коммутаторы поддерживают два типа интерфейсов :

· интерфейс пользователь-сеть (UNI)

· интерфейс сеть-сеть (NNI)

 

 

 

Рис.4.1. Структура АТМ-сети

 

 

Интерфейс NNI обычно означает интерфейс коммутатор-коммутатор (но только внутри сети одного класса : частная, широкого доступа)

Оба интерфейса очень схожи. Основное различие связано с административными функциями ( не с функцией передачи данных).

Интерфейс UNI - обеспечивает передачу управляющих сигналов, связанных с установлением соединения.

Интерфейс NNI - кроме того, обеспечивает передачу управляющих сигналов, связанных с обменом информации о таблицах маршрутизации, не связанные с установлением конкретного соединения.

 

Ключевые аспекты

· поддержка различных видов трафика (речь, видео, данные)

· асинхронный способ передачи

· ориентация на соединение

· гарантированное качество передачи

· использование меток (идентификаторов) вместо адресов

· коммутация вместо маршрутизации

· минимизация обработки в промежуточных узлах

· максимальная унификация на различных уровнях

 

Использование SONET (SDH) и асинхронного мультиплексирования

Использование преимуществ как метода коммутации каналов, так и метода коммутации пакетов.

Напомним, что в сетях с КП от источника к приемнику передаются блоки данных – пакеты. При этом одни и те же ресурсы сети используются для передачи пакетов различных пользователей.

В сетях с КК между любой парой или группой пользователей , пытающихся связаться друг с другом устанавливается отдельный путь передачи, который удерживается столько времени, сколько требует передача. При этом ресурсы этого пути (канала) не могут быть использованы для осуществления связи других пользователей.

 

· поддержка различных видов трафика (речь, видео, данные)

Технология АТМ является технологией передачи дискретной (цифровой) информации. Речь и видеоинформация представляется в виде набора (потока) оцифрованных значений аналогового сигнала.

АТМ технология предполагает передачу всех видов информации пакетами фиксированной длины , называемыми ячейками, по единому физическому каналу связи.

Каждая ячейка содержит 48 байт полезной информации и 5 байт служебной информации - заголовка ячейки.

Поскольку все ячейки должны иметь фиксированную длину информационное поле (payload) кроме полезной информации может включать “пустые байты”. Небольшая длина ячеек выбрана с целью максимального ускорения их обработки ( коммутации и мультиплексирования) в узлах сети. Это уменьшает как саму задержку передачи, так и изменение этой задержки, что существенно для приложений реального времени Наличие заголовка у каждой ячейки позволяет различать вид предаваемой информации и обеспечивать необходимое для данного вида информации качество передачи.

 

Структура АТМ - ячейки

 

Информация в АТМ-сетях независимо от вида приложения (данные, звук, видео) передается блоками фиксированной длины называемыми ячейками. Структура ячейки показана на Рис 4.2.и 4.3..

Длина ячейки составляет 53 байта. Для сравнения наименьший допустимый размер фрейма в сетях Ethernet составляет 64 байта.

Каждая ячейка включает заголовок длиной 5 байт и полезное информационное поле (Payload) длиной 48 байт. Указанная величина полезного пространства ячейки (48 байт) была выбрана для обеспечения минимальной задержки в приложениях реального времени, в первую очередь, связанных с передачей речевых сигналов. Поскольку речевой трафик допускает крайне незначительные задержки, лишь небольшое число цифровых отсчетов звукового сигнала может быть накоплено на передающей стороне, после чего они должны быть переданы. Если бы ячейка имела значительно большую информационную емкость, то большинство передаваемых ячеек

уходило бы незаполненными или даже пустыми, резко снижая, тем самым, эффективность использования сетей.

Передача ячейки осуществляется побайтно в порядке возрастания номеров, начиная с первого байта заголовка. Биты внутри байтов пронумерованы от 8 до 1, слева направо. (Бит 8 является старшим) и передаются в порядке убывания номера, т.е. старшими разрядами вперед.

 

 

 

 

При коммутации ячеек содержимое “полезного” информационного поля не изменяется, а содержимое заголовка претерпевает изменение в каждом коммутаторе.РH., Структура ячейки неизменна на всех интерфейсах и линках АТМ-сети, однако стандарты не оговаривают неизменность структуры ячейки внутри коммутаторов.

Заголовок ячейки несет управляющую информацию и содержит несколько информационных полей. Структура заголовка показана на Рис.4.3. Строго говоря эта структура является официальной структурой заголовка ячеек стандарта “B-ISDN UNI”

В зависимости от типа интерфейса (UNI или NNI) заголовок включает различные управляющие поля:

GFC - (Generic Flow Control) - Поле управления потоком

VPI - (Virtual Path Identifier) - Поле идентификатора виртуального пути составляет 8 бит для интерфейса UNI и 12 бит для NNI, при этом занимаются незадействованные биты поля GFC.

VCI - (Virtual Circuit Identifier) - Поле идентификатора виртуального канала содержит 16 бит для обоих интерфейсов UNI и NNI.

PTI – ( Payload Type Indicator) - Поле индикатора типа полезной загрузки ячейки (3 бита) предназначено для хранения дополнительной признаков о передаваемой информации (допустимых ошибка, степени заполненности и др.) Функции этого поля пока строго не определены.

CLP – (Cell Loss Priority) - Однобитовое поле приоритета ячейки. В случае насыщения сети ячейка, содержащая “1” в поле CLP, отбрасывается в первую очередь.

HEC – (Header Error Control) - Поле коррекции ошибок. Восьмибитовое поле HEC предназначено для контрольной информации, позволяющей обнаруживать и корректировать однократные и многократные ошибки в заголовке (только в заголовке) ячейки. Поле НЕС генерируется передатчиком и проверяется приемником каждого узла. При выявлении ошибки в поле НЕС ячейка отбрасывается для предотвращения коммутации ее по неверному направлению.

 

· асинхронный способ передачи

В названии асинхронный способ передачи основным словом является слово асинхронный - то есть не периодический.

 

В АТМ сетях потоки ячеек от различных пользователей асинхронно мультиплексируются в едином цифровом тракте передачи. Асинхронность в данном контексте означает, что ячейки не привязаны к конкретным “своим” временным интервалам, и отражает способность сети осуществлять передачу данных конкретного приложения по мере необходимости. Это принципиально отличает АТМ сети от сетей с коммутацией каналов, в которых, даже если канал не занят - он простаивает - специальный (холостой) набор битов должен быть передан в каждый тайм слот этого канала., иначе получатель не сможет восстановить полезную информацию в других тайм слотах.

Термины синхронный и асинхронный способ передачи касаются способа мультиплексирования - смешивания трафика различных пользователей в едином физическом канале связи. В синхронных способах передачи каждому источнику назначается фиксированная пропускная способность на “позиционной” основе : полоса частот при частотном мультиплексировании (FDM) или временной интервал - тайм-слот при временном мультиплексировании (Time Division Multiplexing). АТМ не основывается на позиции, трафик передается по требованию, Нет трафика - нет неэффективного использования полосы пропускания сети.

 

Асинхронное мультиплексирование

При традиционном синхронном (временном -TDM) мультиплексировании каждому пользователю периодически назначается определенный тайм-слот фиксированной…      

Конвергенция

 

Конвергенция сетей: ЛВС и ГВС

Производители и поставщики ЛВС не испытывали особых потребностей в SONET (быстрых каналах связи) и даже были против. Для уменьшения стоимости… В настоящее время выпущено много программных и аппаратных средств, позволяющих…  

Конвергенция услуг: Сети широкого доступа и частные сети.

маршрутизаторы в качестве сетевых узлов сети передачи данных и офисные АТС (PBX) в качестве узлов сети телефонной связи. Операторы связи периодически стараются вернуть предприятия к сетям широкого… Со своей стороны предприятия сопротивляются поскольку воспринимают это как ограничение на выбор протоколов -…

Конвергенция видов информационных услуг

Сети передачи речи развиваются как в сторону предоставления большего числа речевых услуг - обычная телефонная связь, посылка сообщений и… В свою очередь компании кабельного TV стремятся занять нишу и звукового… Наиболее бурно развиваются компьютерные сети передачи данных, обеспечивая доступ к ИНТЕРНЕТ . И здесь возникает…

Рис. 5.1 Модель стека протоколов АТМ.

Основным отличием этой модели от модели ВОС является наличие нескольких “планов”или плоскостей

плана пользователя (операционного плана) ( U- план),

плана управления (С-план) и

плана администрирования (М-план).

План пользователя (U-план) обеспечивает передачу полезной для приложения информации от источника к приемнику или от пользователя к пользователю. Он включает Физический уровень, АТМ-уровень и несколько уровней АТМ-адаптации, требуемых для обеспечения различного качества сервиса.

 

План управления (С-план) содержит протоколы, обеспечивающие установление и завершение соединения и некоторые другие функции управления соединением. С-план разделяет с U- планом Физический и АТМ –уровни, как показано на рис. 5.1. Этот план включает также некоторые процедуры AAL -уровня, и протоколы вызова более высоких уровней.

План администрирования (М-план) обеспечивает функции администрирования, он осуществляет координацию работы всех слоев модели, представляя возможность U-плану и С-плану обмениваться информацией. М-план разделен на две секции – управления уровнями, и управления слоями

Секеция управления уровнями осуществляет специфические для каждого уровня

функции менеджмента , взаимодействуя с о специальными ( ориентированными на менеджмент) объектами каждого уровня

Секция управления слоями реализует функции управление и координации связанные с системой в целом

 

Наличие нескольких плоскостей в модели протоколов подчеркивает существование раличных потоков в сетях: потоков пользовательской информации, потоков служебной информации и потоков информации административного характера.

 

 

Рис. 5.2

Модель взаимодействия систем на основе АТМ показана на рис. 5.2.

Модель становится более понятной при рассмотрении функций реализуемых каждым уровнем.

Уровни и функции протоколов АТМ

Лекция 6. Физический уровень

Подуровень конвергенции (преобразования) передачи - ТСS Подуровень адаптации к физической среде передачи - РМS  

UTOPIA – Universal Test & Operations Phy Interface for ATM

Промышленный стандарт Не зависящий от физического уровня (Phy) интерфейс (шина) Физический уровень – АТМ уровен Лекция 7. Уровень АТМ

Лекция 8. Виртуальные каналы и виртуальные пути

АТМ сети, в определенном смысле, объединяют преимущества сетей с коммутацией пакетов и сетей с коммутацией каналов. При этом, аналогом физического… · во-первых, непосредственной передаче информации в АТМ сетях предшествует… · во-вторых, соединение является “логическим” или виртуальным, поскольку реализуется за счет выделения некоторой…

Виртуальный линк.

Виртуальный путь и виртуальный канал являются базой еще одной концепции АТМ - понятий виртуального линка и виртуального соединения. Линк виртуального канала есть транспортное звено (передачи ячеек) от места ,… Аналогично, линк виртуального пути ограничен точками сети, где VPI назначен или транслирован или удален. Т.е. линки…

AAL - ATM Adaptation Layer

Уровень АТМ - Единый сервис Уровень AAL - Увязка требований приложений и сервиса АТМ  

Классы сервиса

 

Класс	A	B	C	D
Требования к задержке передачи	Ограничена	Ограничена	Не ограничена	Не ограничена
Скорость Передачи Бит/с	Постоянная	Переменная	Переменная	Переменная
Режим передачи	Ориентирован на соединение	Ориентирован на соединение	Ориентирован на соединение	Не ориентирован на соединение

 

Класс А - Категория CBR. Используется для приложений требующих постоянной полосы пропускания в течение всего времени соединения. Поддерживается протоколом AAL1.

Примеры приложений , требующих сервиса СBR:

Интерактивная (диалоговая) передача видеоинформации (видеоконференция)

Интерактивная (диалоговая) передача аудиоинформации

(телефония)

Широковещательное видео (телевидение, телеобучение)

Широковещательное аудио (Радиотрансляция, службы тревог)

Видео по заказу

Аудио по заказу

Любые приложения связанные с передачей данных, текста, графики в реальном масштабе времени.

Эмуляция канала (Circuit Emulation)

Это самый качественный и самый дорогой способ передачи.

 

При использовании категории CBR источник может посылать данные и с меньшей скоростью , чем затребовано, и даже прекращать передачу на некоторое время ( но не закрывать соединение). При передачи данных со скоростью, превышающей согласованную, сеть воспринимает ячейки, идущие с большей скоростью как менее значимые для приложения и не гарантирует их качественную передачу.

 

Класс В : Категория VBR- rt предназначена для приложений реального времени, трафик которых характеризуется неравномерностью - пачечностью или бурстностью (burst traffic). Данные, задержанные на время превышающее согласованное значение, считаются малозначимыми для приложения.

Примеры приложений , требующих сервиса VBR-rt:

Диалоговая и широковещательная передача видео- и аудио- информации

с использованием алгоритмов сжатия информации.

Приложения реального времени (см. CBR-приложения), имеющие переменный трафик и допускающие, хотя и небольшой, но не нулевой, коэффициент потерь ячеек.

 

Класс С: Категория VBR- nrt предназначена для приложений,

имеющих переменный трафик, и не имеющих жестких ограничений на задержку передачи и изменение задержки .

Примеры приложений , требующих сервиса VBR-nrt:

Обработка транзакций с большим, но фиксированным временем реакции:

Бронирование а/билетов, ж/д билетов, банковские операции, мониторинг процессов.

Межсетевое взаимодействие в сетях Frame Relay.

Первоначально ITU предложило два типа протоколов, поддерживающих этот класс услуг , но они были объединены в один AAL3/4 класс. Поскольку протоколы AAL3/4 оказались очень сложными был предложен протокол AAL5 наиболее часто используемый для поддержки этого класса сервиса. AAL5 известен также как SEAL (Simple and Efficient Adaptation Layer).

 

Класс D: Категория UBR - Передача данных без ориентации на соединение. Это категория традиционных приложений компьютерных взаимодействий. Пример- трафик дейтаграмм, и др. Этот класс поддерживается протоколами AAL3/4 и AAL5.

Примеры приложений , требующих сервиса UBR:

Передача адресных сообщений, содержащих данные, текст, графику –

Электронная почта, телекс, факс.

Широковещательная передача данных, текста, графики – передача новостей, прогноза погоды и т.д.

Передача файлов, обработка библиотечных запросов.

Эмуляция ЛВС

Работа в режиме удаленного терминала (telnet)

Хотя каждый AAL оптимизирован для специфичного типа трафика нет необходимости запрещать использовать протоколы одного класса для поддержки другого. На практике большинство производителей используют протокол AAL5 для поддержки всех классов сервиса и именно вокруг этого протокола сосредоточено большинство исследований и предложений рабочих групп.

 

Примеры приложений, сервиса ABR:

 

Любое UBR приложение, допускающее использование методов управления ABR, для уменьшения потерь ячеек.

 

Функции адаптации AAL1

Особенности Изохронность, СBR      

Функция AAL 5

· Полная полезная загрузка ячеек · Эффективная защита 32байта CRC · Нет мультиплексирования на уровне AAL в одно ATM соединение

Сигнализация

Процедура АТМ сигналинга инициируется оконечной АТМ системой, желающей установить соединение в АТМ сети. Служебные сигналинговые пакеты посылаются… Перед более подробным рассмотрением сигналинга отметим, что в АТМ-сетях… Соединение точка-точка (оно может быть как однонаправленным, так и двунапрвленным) Рис.

Формат сообщений при сигнализации

3 основных поля служебных сообщений.

Call ID Message Type Information elements (n)

 

SetUp Address

SetUp_Ack AAL parameters

Connect VPI/VCI

Release QoS parameters

 

 

Виртуальные каналы VPI/VCI зарезервированные для сигнализации

X/1 - Метасигнализация

Х/2 - Сигнализация широковещательной связи (Broadcasting)

0/5 - Сигнализация оконечная система – локальная сеть

Х/5 – Сигнализация точка-точка с другими оконечными системами и сетями

0/16 – ILMI

0/X – UNI

X/1-32 –служебные каналы

ILMI -Interim Local Management Interface - промежуточный интерфейс локального управления

Адресация

Адрес в АТМ - адрес интерфейса UNI (не обязательно конечной системы)

Адрес присутствует только в служебных ячейках (ячейках С- плоскости)

При установлении соединения, по адресу вырабатывается маршрут и соединению присваиваются метки.

Все адреса в АТМ сетях имеют длину 20 байт.

Регистрация конечной системы осуществляется с помощью протокола ILMI.

 

 

ФОРМАТЫ АТМ Адресов

  АТМ Форум рекомендовал три формата  

Задержка передачи ячейки и вариация задержки

 

 

 

Лекция 11. Типовой алгоритм потока

  Типовой алгоритм потока, называемый в дальнейшем алгоритм GCRA ( Generic Cell… Граф-схема алгоритма приведена на рисунке. Этот алгоритм используется для пояснения взаимосвязи между параметрами PCR…

Алгоритм виртуального планирования

TAT (Theoretical Arrival Time) - Теоретическое (ожидаемое) время прихода ячейки

t_a(к) - Реальное время прибытия ячейки

I - инкремент

L= предел

 

В момент t_a прибытия первой ячейки TAT= t_a(1)

 

Алгоритм дырявого ведра

X’ - вспомогательная переменная LCT (Last Compliance Time) - последнее согласованное время.  

Обработка отказов

Контроль информации об отказах ( поток служебных ячеек ОАМ)

Контроль раблотоспособности соединений (тесты)

Выявление и исправление некорректных VPI/VCI

 

Конфигурирование

Регистрация новых узлов, линков, пользователей. удаление старых

Конфигурация и регистрация PVC, SVC (VCó QoS)

Переконфигурирование при отказе

Администрирование, ремонт, тесты и т.д.

 

Текущий учет

Подсчет текущей занятости ресурсов

Учет потребления ресурсов разными соединениями

Подсчет реальных параметров качества

 

Обеспечение безопасности

Аутентификация (Виртуального соединения , а не отдельной ячейки) Контроль целостности Контроль конфиденциальности (шифрование)

Параметры трафика

и включают : 1. PCR (Peak Cell Rate), максимальная скорость передачи ячеек, (ячеек/сек). … 2. SCR (Sustainable Сell Rate) - средняя скорость передачи (ячеек/сек).

Лекция 12. Эмуляция локальных вычислительных сетей

Целью эмуляции ЛВС является использование возможностей сети ATM, ориентированной на соединение, имитировать (эмулировать) природу локальных… Эмуляция ЛВС очень актуальная задача как для самих ЛВС, так и для сетей на… Уже сегодня ЛВС объединяют десятки миллионов компьютеров и очень нежелательно модифицировать уже установленное…

Лекция 13. Выбор телекоммуникационной технологии для транспортной сети ЦСИО

Технология асинхронного метода переноса

Соответствие между моделями протоколов B-ISDN и OSI обеспечивается на физическом и частично на звеньевом уровне (ATM и часть функций уровня… Эталонная модель протоколов B-ISDN с технологией ATM приведена на рисунке…  

Технология многопротокольной коммутации с помощью меток (MPLS)

В формате метки имеется 4 поля: время жизни пакета (Time to Live) - 8 бит; индикатор стека меток (Stack Identifier, SI)- 1 бит(SI=1 – последняя… На рисунке 13.6 показаны граничные (Label Edge Router, LER) и транзитные… На рисунке 13.7 показан путь (Path), связывающий с помощью LSR два граничных маршрутизатора. В LSR пакеты…

Поддержка качества услуг в сетях с пакетной коммутацией

Конструктивные блоки распределены по трем логическим плоскостям (управления, данных и административного управления) и могут быть использованы в…