Функциональная модель и программная структура
Рис. 4.1 Взаимодействие пользователя с сетью
Такое всестороннее описание сети следует проводить с позиций системного подхода, основанного на методологических принципах системологии(науки, изучающей большие, сложные системы). Сеть связи наделена всеми признаками сложных систем и подчиняется свойственным им закономерностям. Перечислим некоторые из них.
Иерархичность– расположение частей и элементов целого в порядке от высшего к низшему. Следуя этой закономерности, можно разделить сеть на отдельные подсети (сегменты) низшего порядка.
Коммуникативность– закономерность, указывающая на множество связей (коммуникаций) системы: внешних – со средой и внутренних – с подсистемами и элементами. Это означает, что любую сеть связи можно рассматривать как подсеть (подсистему) или элемент системы более высокого порядка (например, как элемент глобальной информационной инфраструктуры) и в то же время она может рассматриваться как самостоятельная система, включающая подсистемы (сегменты) более низкого порядка.
Эмержентность– закономерность, заключающаяся в проявлении системой интегрированного качества – целостности, не свойственной отдельным ее элементам. Так, например, в сети связи можно выделить такие функционально важные и относительно независимые подсистемы, как транспортная система, система распределения информации, система управления сетью. Ни одну из перечисленных систем нельзя отождествить с сетью связи в целом, и только их взаимосвязь отражает это понятие. С другой стороны, при рассмотрении и изучении структуры отдельных подсистем углубляется представление о системе в различных аспектах. Понятие архитектуры характеризует целостное представление об устройстве сети и, следовательно, отражает ее эмержентность.
Следуя вышеуказанным закономерностям, любую из подсистем сложной системы можно рассматривать как самостоятельную систему со свойственной ей архитектурой, отражающей ее эмержентное свойство. Так, в зависимости от уровня рассмотрения в иерархическом представлении систем, можно говорить об архитектуре сети в целом, архитектуре терминального комплекса, архитектуре коммутационной системы, вычислительной машины и даже отдельной интегральной схемы.
Видение архитектуры сети во многом определяется профессиональной ориентацией исследователя. Например, оператор сети, приступая к анализу архитектуры сети, прежде всего, видит и понимает ее физическую структуру. Проектировщик, анализируя архитектуру сети, начинает с исследования топологии и функциональной структуры. Поэтому нередко понятие архитектуры употребляют в более узком смысле, имея в виду, например, топологию сети, протокольную модель, программное обеспечение и т.п. Для описания архитектуры сети могут быть использованы различные способы модельного представления. Так, например, для отображения топологии сети, взаимосвязи подсистем и элементов могут использоваться графовые модели. Правила взаимодействия элементов различных уровней представления и детализации обычно представляются так называемыми протокольными моделями многоуровневого описания сети. Ниже рассматриваются некоторые обобщенные типы структур, позволяющие уяснить общие архитектурные принципы построения сетей.
Топология
Структура информационной сети – это совокупность пунктов и соединяющих их линий. Взаимное расположение пунктов и линий характеризует связность сети и способность к обеспечению доставки информации в различные пункты. Структура, отображающая взаимосвязь пунктов (конфигурацию линии), называется топологией. Различают физическую и логическую топологию. Физическая топология показывает размещение сетевых пунктов и конфигурацию линий связи. Логическая топология дает представления о пути, по которому передаются потоки информации между пунктами.
При исследовании топологических особенностей сети ее представляют в виде графа.
Точки графа именуются вершинами, а линии, если не учитывать их направленность, – ребрами. Граф является топологической моделью структуры сети. Выбор топологии сети является первой задачей, решаемой при ее построении, и определяется такими требованиями, как экономичность и надежность связи.
Задача выбора топологии сети решается сравнительно несложно, если известен набор стандартных топологий, из которых она может быть составлена. Рассмотрим ряд базовых топологий и их особенности.
Топология «точка–точка» является наиболее простым примером базовой топологии и представляет собой сегмент сети, связывающей физически и логически два пункта (рис. 4.2). Надежность в таком сегменте может быть повышена введением резервной связи, обеспечивающей стопроцентное резервирование, называемое защитой типа 1+1.
Рис. 4.2 Топология «точка–точка»
При выходе из строя основной связи сеть автоматически переводится на резервную. Несмотря на всю простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков информации по высокоскоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим телефонную нагрузку. Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии (в качестве радиусов). Топология «точка-точка» с резервированием типа 1+1 может рассматриваться как вырожденный вариант топологии «кольцо».
Древовидная топология может иметь различные варианты (рис. 4.3). Особенностью сегмента сети, имеющей древовидную топологию любого из перечисленных вариантов, является то, что связность n пунктов на уровне физической топологии обеспечивается числом ребер R = n − 1. На логическом уровне допустима организация топологий «точка–точка» и «точка–много точек», когда можно организовать связь сразу к нескольким (или ко всем остальным) пунктам сети. Количество связывающих путей передачи информации между парой пунктов в таком сегменте всегда равно 1. С точки зрения надежности, это достаточно низкий показатель.
Рис. 4.3. Древовидная топология
Повышение надежности в таких сетях достигается введением резервных связей (например, защиты 1+1). Древовидная топология находит применение в локальных сетях и сетях абонентского доступа.
Топология «кольцо» (рис. 4.4.) широко используется в локальных сетях межузловых соединений, опорных высокоскоростных сетях, а также в сетях абонентского доступа, организуемых на базе оптического кабеля.
Рис. 4.4. Топология Рис. 4.5. Топология Рис. 4.6. Полносвязная
«кольцо» «двойное кольцо» топология
Число ребер графа, отображающее физическую топологию, равно числу вершин: R = n. На логическом уровне допустимы топологии «точка–точка», «точка–много точек».
Между каждой парой пунктов могут быть организованы h = 2 независимых связывающих пути (прямой и альтернативный), что обеспечивает повышение надежности связи в таком сегменте, особенно при использовании резервирования типа 1+1, так называемого «двойного кольца» (рис. 4.5). Двойное кольцо образуется физическими соединениями между парами пунктов, при которых информационный поток направляется в двух противоположных направлениях, причём одно направление используется как основное, второе – как резервное.
Полносвязная топология (рис. 4.6) обеспечивает физическое и логическое соединение пунктов по принципу «каждый с каждым». Граф, включающий n вершин, содержит R = n (n − 1) / 2 ребер. Количество независимых связывающих путей между каждой парой пунктов в таком сегменте сети h = n − 1. Полносвязная топология обладает максимальной надежностью связи благодаря большому числу обходных путей. Такая топология характерна для глобальных распределенных сетей при формировании опорного сегмента (магистральной сети). Максимальная надежность связи в сегменте достигается при использовании на обходных направлениях альтернативных сред распространения сигналов (например, волоконно-оптический кабель и радиорелейная линия).
Ячеистая (сетеобразная) топология. Каждый пункт сегмента имеет непосредственную связь с небольшим числом пунктов, ближайших по расстоянию (рис. 4.7).
При небольшом числе вершин число ребер R = r n/2, где r – число ребер, примыкающих к каждой вершине. Ячеистые сегменты обладают высокой надежностью связи при наименьшем числе ребер, по сравнению с полносвязным сегментом. Использование полносвязной и ячеистой топологий целесообразно лишь в сегментах с высокой концентрацией трафика, так как их реализация связана со значительными затратами.
Организационная структура
Организационная структура отображает устройство сети в целом, а именно: типы, назначение, основные характеристики ее элементов и композиционные принципы объединения элементов в структурные компоненты, которые можно рассматривать как отдельные подсети, так называемые сегменты телекоммуникационной сети.
Элементами любой сети являются пункты и связывающие их линии. Пункты сети подразделяются на оконечные и узловые. В оконечных пунктах (ОП) размещаются оконечные системы информационных сетей. Функциональное назначение ОП определяется типом оконечной системы. Оконечные пункты, в которых устанавливаются терминальные системы, предназначены для обеспечения доступа к сети. При этом функция доступа может рассматриваться в двух аспектах: обеспечение доступа пользователя к сети и организация доступа при соединении различных сегментов сети. Терминальные системы пользователей осуществляют ввод-вывод информации путем преобразования информационных сообщений в сигналы и наоборот. Оконечные пункты, в которых устанавливаются терминальные системы пользователей, называются абонентскими пунктами (АП). Пункты, в которых размещаются системы, являющиеся поставщиками основных информационных или вычислительных ресурсов (организуются информационные банки, телевизионные и радиовещательные студии, центры служб новостей, обучения, справочных служб и т.п.), также являются оконечными пунктами. Оконечные пункты, где располагаются административные системы, называются центрами управления сетью.
Пункт, в котором устанавливается оконечное оборудование конкретной сети, является ее оконечным пунктом и называется узлом доступа (acсеss node) сети. В нем может быть установлено коммутационное оборудование, выполняющее функции межсетевого преобразователя (шлюза) при сопряжении сегментов, отличающихся по технологическим признакам. Узловой пункт или узел сети представляет собой пункт, в котором сходятся три и более линий связи, и который является промежуточным (транзитным) на пути следования потоков информации.
Назначение узла в сети определяется выполняемыми им функциями. В качестве функций узла могут рассматриваться коммутации, концентрация и мультиплексирование. Коммутация представляет собой процесс установления соединения между сходящимися в узле линиями при распределении информационных потоков в сети в соответствии со схемой маршрутизации. Коммутация может быть оперативной (на время одного сеанса связи между парой абонентов) и долговременной, осуществляемой путем кроссирования сходящихся в узле линий либо группы каналов. Узел, выполняющий функцию оперативной коммутации, называется узлом коммутации, а узел, в котором осуществляется долговременная коммутация (кросс), − распределительным узлом. Концентрация подразумевает объединение нескольких входных, небольших по мощности, информационных потоков с целью получения более мощного выходного потока, обеспечивающего эффективную загрузку линии. Пункт, выполняющий такую функцию, называется концентратором.
Мультиплексирование обеспечивает возможность передачи нескольких потоков информации по одной линии путем закрепления за каждым из них фиксированной части ресурса линии. Такое фиксированное распределение линейного ресурса остается неизменным даже в периоды отсутствия информации некоторого из них (функция концентрации здесь отсутствует). Такой пункт сети называется мультиплексором. В узловом пункте сети могут совмещаться одновременно несколько перечисленных функций.
Линии связи обеспечивают передачу информации потоков в форме сигналов и представляют собой сооружения, включающие среду распространения сигналов и комплекс каналообразующего оборудования. В качестве физической среды могут использоваться медные пары проводов, оптическое волокно, эфир. В зависимости от среды, по которой передаются сигналы, все существующие типы линий связи принято делить на две группы: проводные и беспроводные. К проводным относятся все типы линий, в которых сигналы распространяются вдоль искусственно создаваемой направляющей среды. В простейшем случае – это физическая цепь, образуемая парой проводов, по которым передается сигнал в виде электрического тока. Проводные линии, образованные проводами, имеющими изоляционные покрытия и помещенные в специальные защитные оболочки, называются кабельными линиями связи (КЛС). По условиям прокладки и эксплуатации различают подземные и подводные кабели. Они отличаются конструкцией и материалом изолирующих оболочек и защитных покровов. В земле и в воде прокладывают кабели, бронированные стальными лентами или проволокой, которые придают кабелю особую механическую прочность. В городах кабели прокладывают в специально сооружаемую канализацию, состоящую из трубопровода и смотровых колодцев. Для обеспечения требуемой дальности передачи сигналов, а это могут быть тысячи километров, в кабельных магистралях организуются усилительные пункты, расположенные по трассе через определенные интервалы. Все перечисленное называется линейно-кабельными сооружениями (ЛКС) и составляет основную часть затрат при организации и эксплуатации кабельных линий связи.
К проводным относятся также линии, использующие в качестве среды распространения диэлектрические материалы, в частности, тонкие стеклянные волокна. В оптическом кабеле стекловолокно свободно помещается внутри полиэтиленовых трубок, скрученных вокруг прочного пластмассового сердечника. Оптические кабели, как и обычные, имеют защитные полиэтиленовые оболочки и различные внешние покровы. Их можно прокладывать в земле, воде, помещениях. Они не чувствительны к электромагнитным помехам и не нуждаются в металлических экранах. Линии связи, использующие оптические кабели, получили название волконно-оптических линий связи (ВОЛС). Существенным достоинством их является отсутствие в конструкции дефицитных материалов: меди, алюминия, свинца и др.
Термин радиолиния распространяется на все типы линий, в которых сигналы передаются в открытом пространстве в виде радиоволн. Ценное качество радиолиний – возможность их быстрой организации и сравнительно невысокая стоимость. Немаловажным является также факт использования радиолиний для организации мобильной связи (с подвижными объектами: автомобилями, самолетами). Линии радиосвязи, состоящие из нескольких или многих участков, в пределах которых происходит прием сигнала, его усиление и передача в следующий пункт, называются радиорелейными линиями (РРЛ). Разновидность РРЛ – спутниковые радиолинии.
Композиционные принципы объединения элементов сети в относительно самостоятельные структурные компоненты (сегменты) сети базируются, как правило, на представление о масштабности сегмента, а также на используемой в нем сетевой технологии(телекоммуникационной технологии). Классификация сегментов сети по территориально-функциональному принципу представлена на рис. 4.8.
Локальная сеть (Lokal Аrea network, LAN) – сеть, в которой основная часть потоков информации замыкается внутри небольшой территории, учреждения, промышленного предприятия и т.п. К сетям типа LAN могут быть отнесены сети, образованные как совокупность нескольких локальных сетей, так называемые корпоративные сети. Местная сеть(Меtropolitan Area Network, MAN) – сеть, охватывающая территорию города либо сельского района. Территориальная сеть (Wide Area Network, WAN) – крупномасштабная сеть, предназначенная для объединения сетей типа LAN,MAN) и прочих сегментов, расположенных на территории большого региона, государства, континента, а также на различных континентах.
Классифицируя сегменты по функционально-технологическому признаку, употребляют такие понятия, как «аналоговая сеть», «цифровая сеть», «IP-сеть» (сеть, работающая по протоколу Интернет) и т.п. Наличие сегментов с различными технологиями характерно для всего периода, в течение которого будет осуществляться переход к глобальной информационной инфраструктуре, образованной на основе единой мультисервисной платформы предоставления услуг.
Принципы организации LAN. Локальные сети, в отличие от территориальных, характеризуются тем, что расстояние между наиболее удаленными пунктами здесь невелики. Малые расстояния позволяют обеспечить высокие скорости информации, создавать сети высоконадежными и экономичными. Так как все оконечные системы находятся в пределах одного-двух зданий, возможно коллективное использование дорогостоящего оборудования (мощных процессоров, графопостроителей и т.п.), включаемого в сеть в качестве оконечной системы. Ядром локальной и территориальной сети является ТС, которая для LAN может характеризоваться узловой, шинной либо кольцевой топологией. В узловой локальной сети чаще всего имеется единственный узел, в который включены все оконечные пункты, образующие звездообразную сеть. Такая топология наиболее характерна для организации учрежденческой сети телефонной связи, обеспечивающей подключение телефонных аппаратов к учрежденческой АТС. Поэтому же принципу можно организовать сеть для передачи не только речи, но и данных, и изображения. Стремление к уменьшению числа линий в локальной сети привело к созданию шинной топологии. Сеть такой топологии может быть организована по принципу моноканала – единого канала для всех систем, доступ к которому обеспечивается специальным сетевым устройством – блоком доступа или поликанала, эквивалентного группе моноканалов, что значительно повышает производительность сети.
Принципы организации MAN. Местные сети представляют собой территориальные сети относительно небольшого масштаба. Каждый населенный пункт (город, сельский район) может обслуживаться своей местной сетью. В последнее время наметилась тенденция к созданию местных сетей, обслуживающих регионы, охватывающие несколько небольших населенных пунктов, расположенных недалеко друг от друга. Исследования характера передачи и распределения информационных потоков в местных сетях выявило функциональные задачи, приводящие к необходимости разделения ее ТС на два сегмента:
-сеть абонентского доступа (Customer Access Network CAN);
-сеть межузловой связи (Node Connection Network NСN).
Сеть абонентского доступа СAN обеспечивает подключение пользователей АП сети к узлу коммутации. С одной стороны, УК является опорным пунктом для сети абонентского доступа (в существующих сетях электросвязи общего пользования такие узлы носят название опорных станций (ОПС), в аналоговой телефонии эту роль выполняют районные АТС (РАТС), с другой стороны – выступает оконечным пунктом сети NСN, в которых обеспечивается доступ в эту сеть. Территория, на которой сосредоточены АП, включенные в соответствующий УК, определяет его район обслуживания. Границы района обслуживания устанавливаются в зависимости от абонентской плотности и коммутационных возможностей узла. По отношению к АП своего региона обслуживания УК выполняет функцию коммутации, обеспечивая при этом установление связи внутри района. Являясь оконечным пунктом сети межузловой связи, он выступает в роли концентратора, формирующего межузловые потоки к пунктам сети, в которых располагаются информационные и вычислительные ресурсы.
Линии связи, с помощью которых АП подсоединяется к УК, называются абонентскими линиями (АЛ). Абонентскую сеть, имея ввиду участок от УК до АП, образно называют «последней милей» ТС. Проблема «последней мили» состоит в многочисленности АЛ, что определяет значительную часть затрат в их общей сумме на сеть в целом. Решение этой проблемы заключается в организации сети доступа дополнительных распределительных пунктов, являющихся базой для размещения таких устройств, как распределительные коробки, распределительные шкафы, мультиплексоры, концентраторы, ответвители. Использование этих устройств позволяет существенно снизить капитальные затраты на абонентскую сеть. В абонентской сети организуются магистральные участки, выполненные на мощных кабелях, и распределительные участки – так называемые распределительные сети. Чем ближе удается расположить узел абонентской сети к месту сосредоточения абонентов, тем дешевле распределительная сеть. Принципы построения сетей межузловой связи подробно рассмотрены в седьмом разделе.
Принципы организации сети WAN. Сегменты WAN представляют собой совокупность мощных магистралей, объединяющих отдельные локальные и территориальные сети. Магистральные ЛС являются дорогостоящими телекоммуникационными ресурсами, используемыми при транспортировке информационных потоков на огромные расстояния. Эффективное использование этих ресурсов составляет основную проблему при построении WAN. Решение этой проблемы достигается применением специальных высокоскоростных технологий, ориентированных на использование в транспортных сетях. Это, прежде всего, представление всей передаваемой информации в едином цифровом виде и высокой концентрации цифровых потоков в узлах доступа к магистралям.
Принципы построения транспортных телекоммуникаций во многом повторяют принципы развития магистралей авто- и железнодорожного транспорта. В транспорте вместо узких автодорог строят широкие магистрали с односторонним движением – автобаны. Вместо перекрестков со светофорами сооружаются развязки, различные по высоте уровней, и съезды, обеспечивающие безостановочное движение транспорта. Для транспортировки грузов организуются контейнерные перевозки. Современные телекоммуникационные технологии позволяют организовать подобное и в сетях связи. Это широкополосные ВОЛС, в которых скорости передачи цифровых потоков достигают нескольких десятков гигабит. Асинхронный режим переноса обеспечивает транспортировку любых видов информации ячейками фиксированной длины, помещенных в специальные транспортировочные модули (виртуальные контейнеры). Доступ к таким сетям обеспечивается при помощи специального оборудования (коммутаторов, мультиплексоров, волновых конвертеров и т.п.), устанавливаемого в узлах доступа к WAN. При рассмотрении WAN в составе сегментов телекоммуникационной сети она классифицируется как опорная сеть. Все остальные сегменты сети при таком представлении можно трактовать как компоненты сети доступа к опорной сети. Следуя этой логике, все элементы, образующие ТС, с помощью, которой терминальные системы пользователей взаимодействуют соконечными системами, в которых рассредоточены информационные ресурсы сети, можно рассматривать как компоненты сети доступа к информационным ресурсам. При построении WAN используются все базовые топологии («точка–точка», древовидная, кольцо и т.д.), а также их сочетания.
Рис. 4.9. Принцип построения протокольной модели
Физические средства соединения систем
Логическая надстройка
При выполнении задачи N-уровня участвуют N-объекты, выполняющие локальный комплекс функций данного уровня. Однако протокольные блоки разбиты по уровням таким образом, что возможность выполнения задачи N-уровня целиком зависит от обеспечения участия (N-1) – уровня и т.д. Таким образом, N-объекты оказываются вовлеченными во взаимодействие с (N-1) – объектами, (N-2) – объектами и т.д. Каждый нижестоящий уровень предоставляет сервисвышестоящим уровням. Любой объект N-уровня при переходе в активное состояние выдает информацию двух видов: передающую между N-объектами (данные пользователя) и не связанную с операциями «соединения» этих объектов и управляющую, предназначенную для (N-1) – уровня с помощью которой осуществляется координация процедур «соединения» N-объектов. Все правила взаимодействия объектов в протокольной модели определяют стандарты для конкретной сети и классифицируются как протоколы(стандарты взаимодействия объектов одного уровня с другим) и интерфейсы (стандарты взаимодействия объектов соседних уровней).
Международная организация стандартов ISO, анализируя опыт создания информационных и, в особенности, компьютерных сетей во многих странах мира, разработала концепцию построения сетей, названную архитектурой открытых систем.В соответствии с этой концепцией создана протокольная модель,позволившая ввести международные стандарты, определяющие и регламентирующие разработки систем и сетей. Эта модель получила название эталонной модели ВОС (взаимодействия открытых систем).Системы и сети, удовлетворяющие требованиям и стандартам эталонной модели ВОС, т.е. стандартам архитектуры открытых систем, называют открытыми,а системы, не отвечающие этим требованиям, считают закрытыми.
Модель реализации показывает, какие функции, в какой аппаратуре воплощены, а также, посредством каких протоколов реализуются логические интерфейсы между различными аппаратными средствами (рис. 4.10).
Рис. 4.10. Схема модели реализации
Такая модель – основа взаимодействия оператора сети, поставщиков оборудования и ПО. Она также позволяет определить дополнительные интерфейсы между оборудованием от различных поставщиков и их характеристики, подлежащие стандартизации. Элементами модели реализации являются:
- аппаратура, – в которой одна или несколько функций реализованы в виде аппаратного обеспечения (Hardware), представляющую собой единую физическую среду. Аппаратура может иметь модульную конструкцию, т.е. состоять из некоторого количества съемных плат. Кроме того, она может иметь несколько функций, реализованных в виде ПО;
- интерфейс реализации – определяет точки и протокольные спецификации между устройствами различного назначения либо аппаратурой и модулями ПО;
- модуль ПО – относительно независимая часть программы, реализующая одну или несколько функций исключительно посредством программного обеспечения (Software);
- интерфейс прикладных программ – интерфейс реализации между программными модулями, не имеющий физических компонентов;
- физический интерфейс – физическая среда для передачи сигналов между различной аппаратурой;
- система – совокупность аппаратных и программных модулей, функционирующих как единое целое;
- сегмент – одна или несколько систем, выполняющие функции, установленные для сегмента в функциональной модели. Примером могут служить сегменты телекоммуникационной сети, с помощью которых объединяются оконечные системы информационной сети и которые позволяют функциям промежуточного ПО и прикладным функциям, рассредоточенным на разных системах, взаимодействовать друг с другом.
Взаимодействие сегментов и оконечных систем в модели реализации отражается с помощью интерфейсов. Межсегментные интерфейсы, интерфейс между оконечной системой и сегментом являются физическими телекоммуникационными интерфейсами, полная спецификация которых включает также данные о физической среде передачи сигналов. Логические интерфейсы взаимодействия оконечных систем между собой остаются логическим типом интерфейса и реализуются посредством протоколов, по отношению, к которым физические телекоммуникационные интерфейсы являются прозрачными. Прозрачность интерфейсов поддерживается базовым ПО. Поскольку сегмент сети находится в собственности и эксплуатируется одним оператором, он чаще всего реализуется с применением единой телекоммуникационной технологии на оборудовании одного поставщика. В связи с этим все интерфейсы, являющиеся внутренними по отношению к сегменту, обычно имеют более низкий приоритет в стандартизации межсегментных интерфейсов – решающий фактор в создании глобальной информационной инфраструктуры.
Физическая структура отображает конкретный состав аппаратуры, систем и интерфейсных модулей (устройств), используемых в сети и отдельных сегментах. В качестве оконечных систем информационной сети могут использоваться телефон, телевизор, факс, персональный компьютер, сетевой компьютер, процессор.
Системы передачи (СП) – это совокупность технических средств, позволяющих организовать каналы связи для прохождения сигналов в линейном тракте передачи (ЛТП). К числу таких технических средств относится каналообразующее оборудование, устанавливаемое в пунктах сети, непосредственно соединенных линией связи, промежуточное линейное оборудование, устанавливаемое вдоль линии (для проводных линий это необслуживаемые регенеративные пункты, реализуемые в колодцах, подвалах зданий и т.д., для РРЛ – модули верхнего расположения радиорелейных станций совместно с антеннами, устанавливаемые на крышах зданий, мачтах и т.п.), а также различные типы устройств, обеспечивающие стыковку каналообразующего оборудования с коммутационными системами, контроль качества передачи, обнаружение и коррекцию ошибок и др. В зависимости от вида сигналов, передаваемых в линейном тракте, СП делятся на аналоговые и цифровые.
Система распределения информации представляет собой оборудование, устанавливаемое в УК и реализующее функции коммутации и концентрации. Два и более тракта передачи информации, скоммутированные последовательно один за другим с помощью устройств распределения информацией, представляют собой соединительный тракт передачи информации (СТПИ). При создании СТПИ между двумя АП говорят, что между ними скоммутирован канал связи. Возможна коммутация многоканальных линий связи (широкополосная коммутация линий). Системы распределения классифицируются в соответствии с двумя основными принципами установления связи: непосредственной и косвенной через запоминающее устройство (рис. 4.11). В зависимости от вида сигналов, передаваемых по коммутируемым каналам связи, устройства распределения информации, как и системы передачи, делятся на аналоговые и цифровые.
а – непосредственная связь;
б – косвенная связь
Рис. 4.11 Принципы организации связи
Система управления (СУ) обеспечивает в целом возможность функционирования сети. Управление сетью основывается на сборе статистики о прохождении сигналов и возникающих в неординарных или аварийных ситуациях, тестировании (проверке) состояния элементов сети. Эти функции невозможно осуществить без сигнализации о состоянии систем (выходе из строя систем передачи или коммутации). Для передачи служебных сигналов в СУ используются специальные служебные каналы, соединяющие пункты управления сетью и элементы сети. Таким образом, система управления сетью относится к системам распределенного типа и имеет сетевую архитектуру. Основная концепция формирования такой архитектуры получила название концепции сети управления телекоммуникациями.
Разнообразие аппаратуры, средств передачи, телекоммуникационных технологий обуславливает большое количество возможных реализаций сегментов сети и интерфейсов между ними. В частности, в качестве сегментов сети доступамогут быть использованы следующие сети: на основе медного кабеля (коммутируемая телефонная сеть общего пользования ТфОП, ЦСИО; на основе медных проводников с использованием технологии «Цифровая абонентская линия» DSL, предоставляющей возможность высокоскоростной передачи данных; кабельного телевидения; на основе оптического волокна; пассивный оптический контур; с применением радиосвязи на абонентском шлейфе (RITL); цифровая мобильного доступа; наземного телевизионного вещания; прямого спутникового вещания; доступа с использованием геостационарных спутников (например, Инмарсат); среднеорбитальные и низкоорбитальные спутниковые сети доступа.
Примерами сегментов сети межузловой связиявляются следующие сети: ТфОП; ПД с коммутацией пакетов РSTN, с ретрансляцией кадров (технология Frame Relay), Интернет; арендованных каналов. В качестве сегментов опорной сетиприменяют транспортные сети с использованием технологий высокоскоростной передачи цифровых потоков (синхронные цифровые сети SDH).
Физически реализуемая часть протоколов также может быть выполнена в виде отдельных устройств. Так, например, протоколы второго уровня эталонной модели ВОС в основном реализуются в таких устройствах, как концентраторы, коммутаторы. Протокол третьего уровня эталонной модели ВОС реализует устройство, называемое маршрутизатором. Это многофункциональное устройство, способное различать протоколы сетевого уровня, принимать решения при выборе пути передачи информации и обеспечивать экономичный доступ к территориальным сетям, построенным на основе различных технологий.
Топология сетей
Топология (конфигурация) характеризует свойства сетей, систем и программ, не зависящие от их размеров. Она изучает структуру, образуемую физическими объектами и множеством связывающих их каналов либо частей каналов.
Конфигурация соединения элементов более интересна, чем другие характеристики сети. Это связано с тем, что именно конфигурация во многом определяет многие важнейшие свойства сети - надежность (живучесть), производительность и др.
Согласно одному из подходов к классификации конфигурации, сети делят на два основных класса:
1. Широковещательные.
2. Последовательные.
В широковещательных конфигурациях каждая абонентская система передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными системами. К таким конфигурациям относят:
1) общая шина;
2) дерево;
3) звезда.
В широковещательных конфигурациях должны применяться сравнительно более мощные приемник и передатчик, которые могут работать с сигналами в большом диапазоне уровней. Эта проблема частично решается введением огр