Технологии глобальных сетей

45

ГОУ ВПО «Омский государственный педагогический университет».

Кафедра информатики

Технологии глобальных сетей

Омск,2009

Содержание

Введение

1. Характеристика основных телекоммуникационных сервисов

1.1. Обычная телефонная связь

1.2 Арендуемые линии

1.3 Switched 56

1.4 Цифровая сеть с интеграцией услуг

1.5 Frame relay

1.6 SMDS

1.7 Асинхронный режим передачи

1.8 Синхронная оптическая сеть

2. ISDN

2.1 Архитектура ISDN

2.2 Каналы ISDN

2.3 Оборудование ISDN в помещении заказчика

2.4 Опорные точки ISDN

2.5 Оконечное оборудование сети NT1

2.6 Достоинства ISDN

3. Сети пакетной коммуникации

3.1 Протоколы сетей X.25

3.2 Преимущества сетей X.25

3.3 Доступ пользователей к сетям X.25. Сборщики-разборщики пакетов

3.4 Узлы сети X.25. центры коммутации пакетов

Заключение

Литература

Введение

Приложения, при работе с которыми требуется широкая полоса пропускания, становятся неотъемлемой частью бизнеса. Глобальные сети дают возможность:

Совместного использования данных для людей в региональных организациях;

Совместного использования информации с другими организациями, находящимися на большом расстоянии друг от друга;

Обращения работников компании, находящихся в командировке к корпоративным сетям

Посылать и получать данные на большие расстояния и т. д.

Объектом данного исследования, являются восемь телекоммуникационных сервисов. Предметом технологии глобальных сетей. Целью изучение сервисов глобальной сети, их достоинств и недостатков.

Задачи:

1. Сравнить восемь телекоммуникационных сервисов - обычную телефонную связь (POTS), выделенные линии, Switched 56, ISDN, frame relay, SMDS, ATM и Synchronous Optical Network (SONET);

2. определить насколько хорошо и при каких условиях они работают, а также какой сервис кому лучше всего подходит.

3. выявить основные преимущества сетей X.25

1. Характеристика основных телекоммуникационных сервисов

1.1 Обычная телефонная связь

POTS (обычная телефонная связь) - это аналоговый сервис с коммутацией каналов для передачи голоса на основе медного кабеля с одной витой парой. Основное преимущество POTS - низкая стоимость связи. Стоимость оборудования (телефонов и модемов) также невелика. В США телефонная связь является наиболее распространенным видом связи. Однако во многих европейских и азиатских странах место телефонной связи занял ISDN. POTS не лишена недостатков. Темп передачи данных мал (обычно не более 28,8 Кбит/с), и телекоммуникационные компании не гарантируют предоставления требуемой полосы пропускания. Кроме того, времени на установление соединения после набора номера уходит не так уж и мало - от одной до тридцати секунд. Конфигурация модемов, создание сценариев соединения и контроль соединений тоже продолжительные процедуры. Удручает и то обстоятельство, что из-за использования медного кабеля процент ошибок довольно высок.

POTS предоставляет:

полнодуплексную передачу звуковых данных с диапазоном частот от 300 до 3400 Гц

возможность принятия сигнала вызова

возможность передачи номера абонента для установления связи (набор номера -- тоновый или импульсный)

(возможно) предоставление дополнительных сервисов с переадресацией

Достоинства:

Низкая стоимость оконечных терминалов (телефонных аппаратов)

Широкий спектр оборудования с общеупотребительными стандартами (модемная связь, факсимильная, голосовая)

Отсутствие необходимости обучения сотрудников

Низкие требования к качеству кабельных систем

Возможность использования общей «земли» в многопарных кабелях

Ключевые недостатки:

Одна линия POTS предоставляет возможность одного соединения в один момент времени

Длительный период установления связи и вызова

крайне низкая скорость передачи (порядка 64кбит/с)

высокая стоимость подключения и обслуживания (для каждого канала от клиента до телефонной станции кладётся отдельная пара медных проводов)

отсутствие коррекции ошибок (в случае голосового трафика), амплитудная модуляция, чувствительная к наводкам

высокое напряжение вызова, ощущаемое человеком (в случае контакта с проводами) как удар током

Несимметричный сигнал, осложняющий гальваническую развязку

1.2 Арендуемые линии

Некоммутируемые линии, называемые также выделенными или частными линиями, лежат в основе большинства старых инфраструктур корпоративных сетей. Однако по сравнению с оммутируемыми сервисами и, в особенности, с сервисами коммутации кадров, они все чаще рассматриваются как дорогостоящие и неэффективные. Когда мэйнфреймы правили бал в мире сетей, оптимизированные для низкоскоростной передачи данных арендуемые линии (4800 бит/с) были оплотом таких сетей. В настоящее время широко используются арендуемые линии для передачи голоса и данных на 56 Кбит/с, 1,5 Мбит/с (Т-1) и 45 Мбит/с (Т-3). Кроме того, арендуемые линии все чаще применяются и в качестве линий доступа из помещения заказчика к коммутатору телефонной компании, при этом передача данных на большие расстояния осуществляется при помощи сервиса с коммутацией пакетов, например frame relay. Как правило, ежемесячная плата за арендуемые линии зависит от пропускной способности линии и расстояния между конечными точками. Арендуемые линии наиболее привлекательны в качестве средства передачи данных на короткие расстояния. Нередко, однако, частная линия представляет единственный вариант доступа к высокоскоростным сервисам, при этом плата за выделенные линии доступа может составлять чуть ли не половину платы за коммутируемые услуги. Помимо этого, за предоставление линии к удаленному от АТС помещению может взиматься специальная плата. Поэтому для организации международной связи сервисы с коммутацией пакетов более привлекательны. Арендуемые линии доступны везде, где есть обычная телефонная связь. При использовании арендуемых линий время задержки невелико и фиксировано, при этом заказчик получает гарантированную полосу пропускания от умеренной (от 56 Кбит/с до T-1) до весьма высокой в зависимости от типа арендованной линии. Недостаток же тот, что выделенные линии не предоставляют полосу пропускания по требованию. Кроме того, если заказчик хочет организовать связь между всеми своими офисами, каждое помещение должно быть связано с каждой выделенной линией. Всем же другим, обсуждаемым в нашей статье сервисам нужна только одна линия доступа для каждого помещения. Плюс ко всему арендуемые линии неэффективны с финансовой точки зрения, если только они не загружены постоянно. При загруженности линии менее чем на 70% решение на основе коммутации каналов или пакетов оказывается более эффективным.

1.3 Switched 56

Как следует из названия, Switched 56 - это коммутируемый цифровой сервис с темпом передачи данных 56 Кбит/с. Switched 56 предлагается, в основном, в качестве низкоскоростной альтернативы ISDN. Как ISDN и POTS, конечные точки Switched 56 имеют телефонный номер, по которому может позвонить любой, к имеет линию Switched 56 или ISDN. Однако, в отличие от ISDN, он предназначен только для передачи данных, а не голоса.

По сравнению с арендуемыми линиями или сервисами коммутации пакетов, Switched 56 является наиболее эффективным решением, когда данные передаются короткими интенсивными посылками с паузами между посылками от одной минуты и более. Пропускная способность Switched 56 недостаточна для многих приложений, и, кроме того, дополнительную пропускную способность нельзя получить по требованию.

1.4 Цифровая сеть с интеграцией услуг

ISDN является набором цифровых сервисов для передачи голоса и данных. Разработанный телефонными компаниями, этот протокол позволяет передавать по телефонным сетям данные, голос и другие виды трафика. Технология ISDN появилась в 1984 году. ISDN - это коммутируемая цифровая служба для передачи голоса и данных одновременно по одной линии на основе медного кабеля. ISDN позволяет объединить передачу голоса, данных и изображения. Интеграция разнородных трафиков ISDN выполняется, используя способ временного разделения (TDM - Time Division Multiplexing). ISDN использует цифровые каналы в режиме коммутации каналов. Цифровые сети с интеграцией услуг ISDN можно использовать при передаче голоса и данных, для объединения удаленных ЛВС, для доступа к сети Internet и для различных видов трафика, в том числе мультимедийного. Оконечными устройствами в сети ISDN могут быть: цифровой телефонный аппарат, компьютер с ISDN-адаптером, видео- и аудиооборудование. Суть технологии ISDN, состоит в том, что различные устройства, например, телефоны, компьютеры, факсы и другие устройства, могут одновременно передавать и принимать цифровые сигналы после установления коммутируемого соединения с удаленным абонентом. ISDN имеет две разновидности. Первая - базовый интерфейс обмена (Basic Rate Interface, BRI) cдвумя каналами B на 64 Кбит/с и одним каналом D на 16 Кбит/с; вторая - основной интерфейс обмена (Primary Rate Interface) c 23 каналами B на 64 Кбит/с и одним каналом D на 64 Кбит/с. Канал B используется для передачи голоса и данных, а канал D для передачи служебной информации. (Кроме того, сервис Switched 64 представляет собой, по существу, один канал B, и используется он для организации канала Switched 56.) Каждая линия ISDN требует установки либо абонентского адаптера, либо маршрутизатора. Основные недостатки ISDN - ограниченная доступность и отсутствие взаимодействия между операторами связи. С течением времени и доступность, и взаимодействие должны улучшиться. Однако возможности предоставления услуг ISDN зависят от состояния и протяженности абонентского шлейфа, поэтому они могут различаться для городской и сельской местности, для разных районов одного и того же города и даже для двух зданий на одной и той же улице. Операторы связи и поставщики оборудования обеспечивают, как правило, возможность объединения двух и более каналов вместе в более скоростной канал. Пропускная способность может наращиваться только как кратное одного из двух интерфейсов BRI и PRI, первый из которых для многих приложений недостаточен, а второй чрезмерен.

1.5 Frame relay

В отличие от вышеописанных сервисов frame relay представляет собою сервис с коммутацией пакетов. Однако он предоставляется как постоянное виртуальное соединение (Permanent Virtual Circuit, PVC), напоминая арендуемую линиютем, что конечные точки определяются заранее. Сеть Frame Relay является сетью с коммутацией кадров или сетью с ретрансляцией кадров, ориентированной на использование цифровых линий связи. Первоначально технология Frame Relay была стандартизирована как служба в сетях ISDN со скоростью передачи данных до 2 Мбит/с. В дальнейшем эта технология получила самостоятельное развитие. Frame Relay поддерживает физический и канальный уровни OSI. Технология Frame Relay использует для передачи данных технику виртуальных соединений (коммутируемых и постоянных). Стек протоколов Frame Relay передает кадры при установленном виртуальном соединении по протоколам физического и канального уровней. В Frame Relay функции сетевого уровня перемещены на канальный уровень, поэтому необходимость в сетевом уровне отпала. На канальном уровне в Frame Relay выполняется мультиплексирование потока данных в кадры. Каждый кадр канального уровня содержит заголовок, содержащий номер логического соединения, который используется для маршрутизации и коммутации трафика. Frame Relay - осуществляет мультиплексирование в одном канале связи нескольких потоков данных. Кадры при передаче через коммутатор не подвергаются преобразованиям, поэтому сеть получила название ретрансляции кадров. Таким образом, сеть коммутирует кадры, а не пакеты. Скорость передачи данных до 44 Мбит/с, но без гарантии целостности данных и достоверности их доставки. Frame Relay ориентирована на цифровые каналы передачи данных хорошего качества, поэтому в ней отсутствует проверка выполнения соединения между узлами и контроль достоверности данных на канальном уровне. Кадры передаются без преобразования и контроля как в коммутаторах локальных сетей. За счет этого сети Frame Relay обладают высокой производительностью. При обнаружениях ошибок в кадрах повторная передача кадров не выполняется, а искаженные кадры отбраковываются. Контроль достоверности данных осуществляется на более высоких уровнях модели OSI. Сети Frame Relay широко используется в корпоративных и территориальных сетях в качестве: 1) каналов для обмена данными между удаленными локальными сетями (в корпоративных сетях); 2) каналов для обмена данными между локальными и территориальными (глобальными) сетями. Технология Frame Relay (FR) в основном используется для маршрутизации протоколов локальных сетей через общие (публичные) коммуникационные сети. Frame Relay обеспечивает передачу данных с коммутацией пакетов через интерфейс между оконечными устройствами пользователя DTE (маршрутизаторами, мостами, ПК) и оконечным оборудованием канала передачи данных DCE (коммутаторами сети типа "облако"). Коммутаторы Frame Relay используют технологию сквозной коммутации, т.е. кадры передаются с коммутатора на коммутатор сразу после прочтения адреса назначения, что обеспечивает высокую скорость передачи данных. В сетях Frame Relay применяются высококачественные каналы передачи, поэтому возможна передача трафика чувствительного к задержкам (голосовых и мультимедийных данных). В магистральных каналах сети Frame Relay используются волоконно-оптические кабели, а в каналах доступа может применяться высококачественная витая пара.

Достоинства сети Frame Relay:

? высокая надежность работы сети;

? обеспечивает передачу чувствительный к временным задержкам трафик (голос, видеоизображение). Недостатки сети Frame Relay:

? высокая стоимость качественных каналов связи;

? не обеспечивается достоверность доставки кадров.

1.6 SMDS

Основа SMDS была заложена в 1986 г. американской компанией Bellcore, которая после расчленения корпорации Bell System продолжила работы по исследованиям и стандартизации в интересах региональных телефонных операторов. В начале 1991 г. образовалась SIG - группа поддержки SMDS, в которую вошло более 50 компаний. Была образована Европейская группа поддержки SMDS - ESIG, которая совместно с ETSI занялась адаптацией SMDS к европейской цифровой иерархии передачи. Европейская версия SMDS получила название CBDS. Усилиями этих и некоторых других организаций SMDS заняла свою нишу на рынке телекоммуникаций.

Аббревиатура SMDS раскрывается как Switched Multi-megabit Data Service (служба коммутации многомегабитных потоков данных), причем основным является понятие "служба" или "сервис", поскольку SMDS не является технологией или протоколом передачи данных.

Другой важной характеристикой SMDS является возможность многоадресной передачи информации. Использование системы адресации, согласно рекомендации ITU-T E.164, позволяет довести информацию до любого множества корреспондентов, переслав ее всего один раз оператору сети SMDS. Кроме того, в SMDS имеется эффективный и гибкий механизм ограничений и запретов на несанкционированный доступ в сеть.

Поскольку основное назначение SMDS - объединение локальных сетей с помощью городских и территориально-распределенных сетей, то для обеспечения требуемой производительности коммутируются широкополосные потоки со скоростями 2,048 Мбит/с и выше. Заметим, что существует возможность организации доступа с дробными скоростями Е1, иначе называемая Low-speed SMDS.

Сервис коммутации ячеек Switched Multimegabit Data Service (SMDS) используется в настоящее время только для передачи данных. В отличие от frame relay сервис SMDS позволяет осуществлять коммутируемый вызов. За дополнительную плату заказчик может создать закрытую группу пользователей, так что члены группы смогут производить и принимать вызовы только от других членов группы. Ввиду отсутствия платы за использование SMDS может оказаться при значительном трафике дешевле ISDN. Диапазон скоростей передачи - от 56 Кбит/с до 34 Мбит/с. Высокоскоростная линия SMDS дешевле, в расчете на переданный мегабайт, чем frame relay.

Например, выгоднее купить одну линию SMDS на 34 Мбит/с, нежели эквивалентные ей в совокупности 23 линии frame relay на 1,5 Мбит/с. Однако SMDS может оказаться в два раза дороже, чем frame relay, в тех ситуациях, когда последний сервис имеет каналы с аналогичной пропускной способностью.

1.7 Асинхронный режим передачи

ATM - это высокоскоростной сервис с коммутацией ячеек. Ожидается, что он заменит frame relay. Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) - технология передачи данных является одной перспективных технологий построения высокоскоростных сетей (от локальных до глобальных). АТМ - это коммуникационная технология, объединяющая принципы коммутации пакетов и каналов для передачи информации различного типа. Технология ATM разрабатывалась для передачи всех видов трафика, т.е. передачи разнородного трафика (цифровых, голосовых и мультимедийных данных) по одним и тем же системам и линиям связи. Скорость передачи данных в магистралях ATM составляет 155 Мбит/с - 2200 Мбит/с. ATM поддерживает физический и канальный уровни OSI. Технология ATM использует для передачи данных технику виртуальных соединений (коммутируемых и постоянных). В технологии ATM информация передается в ячейках (cell) фиксированного размера в 53 байта, из них 48 байт предназначены для данных, а 5 байт - для служебной информации (для заголовка ячейки ATM). Ячейки не содержат адресной информации и контрольной суммы данных, что ускоряет их обработку и коммутацию. 20-байтовыми адресами приемник и передатчик обмениваются только в момент установления виртуального соединения. Основная функция заголовка сводится к идентификации виртуального соединения. В процессе передачи информации ячейки пересылаются между узлами через сеть коммутаторов, соединенных между собой цифровыми линиями связи. В отличие от маршрутизаторов коммутаторы АТМ выполняют свои функции аппаратно, что ускоряет чтение идентификатора в заголовке ячейки, после чего коммутатор переправляет ее из одного порта в другой. Малый размер ячеек обеспечивает передачу трафика, чувствительного к задержкам. Фиксированный формат ячейки упрощает ее обработку коммуникационным оборудованием, которое аппаратно реализует функции коммутации ячеек. Именно, сочетание фиксированного размера ячеек для передачи данных и реализация протоколов ATM в аппаратном обеспечении дает этой технологии возможность передавать все типы трафика по одним и тем же системам и линиям связи. Телекоммуникационная сеть, использующая технологию АТМ, состоит из набора коммутаторов, связанных между собой. Коммутаторы АТМ поддерживают два вида интерфейсов: UNI (UNI - user-network interface) и NNI (NNI - network-network interface). Пользовательский интерфейс UNI (пользователь - сеть) используется для подключения к коммутатору конечных систем. Межсетевой интерфейс NNI (сеть - сеть) используется для соединений между коммутаторами. Коммутатор АТМ состоит:

из коммутатора виртуальных путей;

из коммутатора виртуальных каналов. Коммутатор АТМ анализирует значения идентификаторов виртуального пути и виртуального канала ячейки, которая поступает на его вход и направляет ячейку на один из его выходных портов. Номер выходного порта определяется динамически создаваемой таблицей коммутации. Для передачи данных в сети АТМ формируется виртуальное соединение. Виртуальное соединение определяется сочетанием идентификатора виртуального пути и идентификатора виртуального канала. Идентификатор позволяет маршрутизировать ячейку для доставки в путь назначения, т.е. коммутация ячеек происходит на основе идентификатора виртуального пути и идентификатора виртуального канала, определяющих виртуальное соединение. Несколько виртуальных каналов составляют виртуальный путь. Виртуальный канал является соединением, установленным между двумя конечными узлами на время их взаимодействия, а виртуальный путь - это путь между двумя коммутаторами. При создании виртуального канала, коммутаторы определяют, какой виртуальный путь использовать для достижения пункта назначения. По одному и тому же виртуальному пути может передаваться одновременно трафик множества виртуальных каналов. Физический уровень Физический уровень аналогично физическому уровню OSI определяет способы передачи в зависимости от среды. Стандарты ATM для физического уровня устанавливают, каким образом биты должны проходить через среду передачи, и как биты преобразовывать в ячейки. На физическом уровне ATM используют цифровые каналы передачи данных, с различными протоколами, а в качестве линий связи используются: кабели "витая пара", экранированная "витая пара", оптоволоконный кабель. Канальный уровень (уровень ATM + уровень адаптации) Уровень ATM вместе с уровнем адаптации примерно эквивалентен второму уровню модели OSI. Уровень ATM отвечает за передачу ячеек через сеть ATM, используя информацию их заголовков. Заголовок содержит идентификатор виртуального канала, который назначается соединению при его установлении и удаляется при разрыве соединения. Преимущества:

одно из важнейших достоинств АТМ является обеспечение высокой скорости передачи информации;

АТМ устраняет различия между локальными и глобальными сетями, превращая их в единую интегрированную сеть;

стандарты АТМ обеспечивают передачу разнородного трафика (цифровых, голосовых и мультимедийных данных) по одним и тем же системам и линиям связи. Недостатки:

высокая стоимость оборудования, поэтому технологии АТМ тормозится наличием более дешевых технологий;

высокие требования к качеству линий передачи данных.

В отличие от frame relay ATM предназначен для использования как в локальных, так и в глобальных сетях. ATM уже широко используется телефонными компаниями на внутренних коммуникациях, но для конечных пользователей это пока еще технология будущего. По мере снижения цен, роста требований к пропускной способности и "созревания" стандарта ATM будет становиться все более популярным. В настоящее время ATM предоставляется конечным пользователям только в виде постоянных виртуальных соединений.

Однопротокольная среда ATM и в локальных, и в глобальных сетях упрощает управление. Благодаря тому, что межсетевым устройствам не нужно переводить один протокол в другой, задержка невелика и предсказуема. Если сравнивать frame relay и ATM, то последняя, как технология передачи ячеек, лучше подходит для передачи видео и голоса. Пропускная способность составляет 45 Мбит/с и 155 Мбит/с. При большом объеме трафика пользователи будут платить меньше за переданный мегабайт, чем в случае frame relay и SMDS.

Пропускная способность менее 45 Мбит/с и более 155 Мбит/с не предлагается, и несмотря на быстрое падение цен, стоимость оборудования ATM по-прежнему остается высокой. Например, маршрутизатор для ATM стоит дороже эквивалентного маршрутизатора для frame relay, и плата ATM для микрокомпьютера стоит больше, чем плата Fast Ethernet.

1.8 Синхронная оптическая сеть

SONET - это высокоскоростной отказоустойчивый сервис для волоконно-оптического кабеля, причем используется он исключительно во внутренних сетях операторов связи для передачи трафика frame relay, ATM, SMDS, ISDN и Switched 56. Только небольшое число крупных заказчиков арендуют средства SONET напрямую. SONET реализуется обычно при помощи мультиплексора с несколькими портами ATM со стороны абонента и одним портом SONET со стороны общедоступной сети. SONET обеспечивает скорость передачи данных в 51,84 Мбит/с (ОС-1), 155 Мбит/с (ОС-3), 622 Мбит/с (ОС-12), 2,488 Гбит/с (ОС-48) и в некоторых случаях даже 4,96 Гбит/с (ОС-96). Объединение нескольких потоков ATM в один канал чревато в случае сбоя катастрофическими последствиями. Сети SONET реализуются обычно как отказоустойчивые кольца, поэтому опасность потери трафика минимальна, когда он достиг центрального офиса оператора связи. Если абонентский шлейф представляет собой линейный канал SONET, а не кольцо, то физически избыточный маршрут от помещений заказчика до центрального офиса предусмотреть, вероятно, стоит. SONET гарантирует высокую доступность сети при конфигурации в виде отказоустойчивого кольца, поскольку SONET обеспечивает самовосстановление в течение 50 миллисекунд - т.е. так быстро, что высокоростной трафик даже не ощутит этого. Кроме того, SONET упрощает подключение к общедоступной сети - один интерфейс вместо нескольких. Отрицательные стороны SONET - высокая стоимость установки и оборудования, а также чужеродность технологии для администраторов сетей.

ИТОГИ: выше описаны восемь типов телекоммуникационных сетей, их характеристики и связанные с ними понятия. Каждая телекоммуникационная сеть имеет свои достоинства и недостатки. Так же высказаны предположения о возможных перспективах развития данных технологий. Кроме того описаны сходства и различия одних сетей от других и их индивидуальные особенности.

2. ISDN

2.1 Архитектура ISDN

ISDN стала первым шагом на пути создания единой инфраструктуры для передачи голоса, данных и других типов информации. Акроним ISDN расшифровывается как цифровая сеть с интеграцией услуг (Integrated Services Digital Network).

Концепция ISDN была разработана в 70-х годах Bellcore, а сама технология стандартизована CCITT в 1984 году. Рекомендации описывают стандартный набор интерфейсов и сигнальных протоколов для передачи голоса и данных по обычным телефонным линиям. Благодаря ISDN различные устройства типа телефонов, компьютеров, факс-аппаратов могут одновременно передавать и принимать цифровые сигналы после установления коммутируемого соединения с абонентом на противоположном конце. Таким образом, ISDN позволяет сделать все соединение между конечными узлами (а не только между АТС) цифровым.

Сеть ISDN состоит из следующих компонент:

сетевые терминальные устройства (NT, англ. Network Terminal Devices)

линейные терминальные устройства (LT, англ. Line Terminal Equipment)

терминальные адаптеры (TA, англ. Terminal adapters)

Абонентские терминалы

Абонентские терминалы обеспечивают пользователям доступ к услугам сети. Существует два вида терминалов: TE1 (специализированные ISDN-терминалы), TE2 (неспециализированные терминалы). TE1 обеспечивает прямое подключение к сети ISDN, TE2 требуют использования терминальных адаптеров (TA).

Архитектура ISDN обладает большой гибкостью и легко развивается, как следствие этого возможно предоставление большого количества дополнительных услуг, число которых постоянно растет. Гибкость цифровой сети позволяет также вводить новые службы связи при сравнительно низких затратах. Перспективой развития ISDN является широкополосная ISDN.

Чтобы лучше понять ISDN, данную технологию полезно сравнить с обычной телефонной системой. Во-первых, ISDN - это цифровая, а не аналоговая сеть, т.е. напряжение имеет несколько дискретных уровней, а не является прямым аналогом колебаний акустического давления. Во-вторых, как следует из названия, она обеспечивает интегрированное обслуживание, иначе говоря, позволяет передавать голос, данные и даже видео по одной сети. Иными словами, вместо трех различных систем - телефонной сети, выделенных линий для передачи данных и кабельного телевидения - достаточно одной! Обычная телефонная линия представляет собой одну неэкранированную пару медных проводов от настенной розетки до центральной АТС. Обычно эта линия называется абонентским шлейфом. АТС - это точки, куда сходятся все абонентские линии. Находящийся там телефонный коммутатор позволяет связаться с вызываемым абонентом.

В принципе ту же самую абонентскую линию при определенных условиях можно использовать и для ISDN.

Вообще-то, абонентские линии имеют недостаточную ширину полосы, так как они предназначаются для передачи аналоговых сигналов в полосе 3,1 кГц (от 300 до 3400 Гц). Кроме того, характеристики нагружающей индукционной катушки таковы, что потери в указанном диапазоне минимальны, но резко возрастают при частоте свыше 3400 Гц. Это сеет настоящий хаос в фазовых и амплитудных характеристиках сигнала ISDN, поэтому получение ISDN на дому возможно при следующих условиях:

изъятии нагружающих индукционных катушек (как правило, они применяются на линиях протяженностью порядка 4-5 км и более);

установке цифровых эхоподавителей на обоих концах линии;

прокладке высококачественного телефонного кабеля;

применении усилителей ISDN-сигнала.

В результате абонентская линия сможет передавать, например, два телефонных разговора вместо одного.

2.2 Каналы ISDN

В традиционной телефонной сети пользователь связывается с центральным коммутатором (АТС) через абонентскую линию. Местная абонентская линия состоит из одного аналогового канала, применяемого для передачи в сеть сигналов (например, при наборе телефонного номера) и информации (разговора, звука, видео или двоичных данных). В ISDN местная абонентская линия передает только цифровые данные, хотя она может быть любого типа, который доступен в современной коммуникационной среде. Местная линия ISDN связывает с установленной у пользователя аппаратурой ISDN местную коммуникационную компанию (LE - local exchange ) - эквивалент АТС в ISDN. Абонентская линия ISDN состоит из отдельных логических каналов, которые можно комбинировать для предоставления пользователю интерфейса с ISDN. Эти логические каналы разделяются на три базовых типа. При передаче в местной абонентской линии каждому каналу отводится свой квант времени. Для этого используется процесс мультиплексирования с разделением (квантованием) по времени (TDM), описанный в предыдущей главе. Кроме того, каналам ISDN присваивается категория согласно их использованию (передача сигналов или передача данных) и стандартной скорости передачи данных для канала конкретного типа. Для объединения в сети ISDN различных видов трафика используется технология TDM (англ. Time Division Multiplexing, временноме разделение). Для каждого типа данных выделяется отдельная полоса, называющаяся элементарным каналом (или стандартным каналом). Для этой полосы гарантируется фиксированная, согласованная доля полосы пропускания. Выделение полосы происходит после подачи сигнала CALL по отдельному каналу, называющемуся каналом внеканальной сигнализации.

В стандартах ISDN определяются базовые типы каналов, из которых формируются различные пользовательские интерфейсы.

Тип	Полоса	Описание
A	--	Аналоговая телефонная линия, 4кГц.
B	64 кб/с	передача данных или 1 телефонная линия (1 поток оцифрованного звука)
C	8/16 кб/с	передача данных
D	16/64 кб/с	Канал внеканальной сигнализации (управление другими каналами)
E	64 кб/с	Внутренняя сигнализация ISDN
H0	384 кб/с	передача данных
H10	1472 кб/с	передача данных
H11	1536 кб/с	передача данных
H12	1920 кб/с	передача данных

Передача в D-каналах

D-каналы используются в основном для передачи сигналов между пользователем ISDN и самой сетью ISDN. В различных пользовательских устройствах ISDN (телефонах, факсимильных аппаратах и компьютерах) применяются разные способы соединения с ISDN, но все они работают с помощью общего протокола передачи и приема сигналов из сети, используя для коммуникаций D-канал. В каждый момент времени передача сигналов данных не занимает всей полосы частот, предусмотренной для D-канала. Следовательно, при доступной полосе частот возможно вторичное использование этого капала. Такой метод применяется достаточно редко, однако дополнительная полоса частот полезна для передачи в сетях с коммутацией пакетов, например в сетях IP (Internet Protocol - с протоколом Интернета) или Х.25. В зависимости от типа предоставляемого пользователю интерфейса D-канал может иметь скорость передачи данных 16 или 64 Кбит/с.

В-канал

В-канал ISDN, иногда называемый каналом-носителем или информационным каналом, используется для передачи информации, необходимой службам ISDN. Это означает, что В-канал применяется для обмена такой пользовательской информацией, как оцифрованная речь, звук, видео и двоичные данные, и допускает мультиплексирование для передачи любой комбинации разных типов данных. Ограничением является лишь пропускная способность канала. В-канал - основной пользовательский канал передачи данных, описываемый в стандартах ISDN. Для него была определена скорость передачи данных 64 Кбит/с, соответствующая полосе частот, которая необходима для эффективного обмена оцифрованной речью за установленное этими стандартами время. В-каналы обслуживают соединения с коммутацией каналов, коммутацией пакетов или полупостоянные соединения (эквивалент выделенной линии в ISDN )

Н-канал

Некоторые пользовательские приложения требуют большей пропускной способности, и полосы пропускания В-канала им не хватает. Стандартные конфигурации полосы пропускания, получившие название Н-каналов, предлагают более высокие скорости передачи. Для таких приложений, как видео-конференции, необходима высокоскоростная передача данных и мультиплексирование большого числа каналов с низкой скоростью передачи (что в сумме требует более 64 Кбит/с). Конфигурации Н-каналов обеспечивают такую пропускную способность. Канал Н0 является логической группой (или ее эквивалентом) из шести В-каналов с общей скоростью передачи данных 384 Кбит/с. Канал HI состоит из всех доступных каналов H0 в одном пользовательском интерфейсе, в котором задействована линия Т1 (23 В-канала с общей скоростью 1472 Кбит/с плюс D-канал 64 Кбит/с). Канал H1 эквивалентен четырем каналам Н0 и имеет совокупную пропускную способность 1536 Мбит/с.

Широкополосная ISDN (B- ISDN)

D-, В- и Н-каналы определены в первых стандартах ISDN и значительно повышают скорость передачи данных. Но прогресс не стоит на месте. Пользователям ISDN необходимы возможности видеоконференций, телевидения высокой четкости и применения других приложений, которые требуют большую полосу пропускания и не способны функционировать в исходной среде ISDN. Первоначальные стандарты определяют так называемую узкополосную (narrowband) ISDN (N- ISDN). Стандарты широкополосной ISDN (B- ISDN) допускают скорость передачи данных порядка 600 Мбит/с. B- ISDN (Broadband ISDN ) описывается в этих стандартах как сеть, ориентированная на службы, что позволяет передавать мультимедийную информацию, интегрируя данные разных типов. Службы B- ISDN сгруппированы в слабо связанные коммуникационные службы ( communications services ), аналогичные традиционным телефонным диалоговым службам, и в службы общения (conversational services), обеспечивающие пользователям ISDN двухстороннюю сквозную пересылку информации для приложении, подобных видеоконференциям, или для высокоскоростной пересылки данных. Транспортные средства B- ISDN применяют сложную технологию пересылки ячеек, называемую режимом асинхронной передачи (ATM - asynchronous transfer mode ).

В большинстве случаев применяются каналы типов B и D.

Из указанных типов каналов формируются интерфейсы, наибольшее распространение получили следующие типы:

Интерфейс базового уровня (Basic Rate Interface, BRI) -- предоставляющий для связи аппаратуры абонента и ISDN-станции два B-канала и один D-канал. Интерфейс базового уровня описывается формулой 2B+D. В стандартном режиме работы BRI могут быть одновременно использованы оба B-канала (например, один для передачи данных, другой для передачи голоса) или один из них. При одновременной работе каналов они могут обеспечивать соединение с разными абонентами. Максимальная скорость передачи данных для BRI интерфейса составляет 128кб/с. D-канал используется только для передачи управляющей информации. В режиме AO/DI (Always On/Dynamic ISDN) полоса 9600 бит/c D-канала используется в качестве постоянно включённого выделенного канала X.25, как правило, подключаемого к Интернет. При необходимости, используемая для доступа к Интернет полоса расширяется путём включения одного или двух B-каналов. Этот режим, хотя и стандартизирован (под наименованием X.31), но не нашёл широкого распространения. Для входящих соединений BRI поддерживается до 7 адресов (номеров) которые могут назначаться различными ISDN-устройствами, разделяющим одну абонентскую линию. Дополнительно, обеспечивается режим совместимости с обычными, аналоговыми абонентскими устройствами -- абонентское оборудование ISDN, как правило, допускает подключение таких устройств и позволяет им работать прозрачным образом. Интересным побочным эффектом такого «псевдоаналогового» режима работы стала возможность реализации так называемого симметричного X2 -- модемного протокола фирмы US-Robotics, позволявшего передачу данных поверх линии ISDN в обе стороны на скорости 56кбит/c.

Интерфейс базового уровня BRI (англ. Basic Rate Interface) -- обеспечивает пользователю предоставление двух цифровых каналов (ОЦК) по 64 кбит/с (канал B) и однополосный канал сигнализации D со скоростью передачи данных 16 кбит/с. Таким образом, максимальная скорость передачи в интерфейсе BRI (2B+D) составляет Rbmax=128+16=144 кбит/с[1] Наиболее распространённый тип сигнализации -- DSS1 (Euro ISDN). Используется два магистральных режима портов BRI относительно станции или телефонов -- S/ТЕ и NT. Режим S/ТЕ -- порт эмулирует работу ISDN телефона, режим NT -- эмулирует работу станции. Отдельное дополнение -- использование ISDN телефона с дополнительным питанием в этом режиме, так как стандартно не все порты (и карты HFC) дают питание по ISDN шлейфу -- англ. inline power. Каждый из двух режимов может быть «точка-многоточка» англ. point-to-multi-point (PTMP) он же MSN, или «точка-точка» англ. point-to-point (PTP). В первом режиме для поиска адресата назначения на шлейфе используются номера MSN, которые, как правило, совпадают с выделенными провайдером телефонии городскими номерами. Провайдер должен сообщить передаваемые им MSN. Иногда провайдер использует так называемые «технические номера» -- промежуточные MSN. Во втором режиме BRI порты могут объединяться в транк -- условную трубу, по которой передаваемые номера могут использоваться в многоканальном режиме.

ISDN технология использует три основных типа интерфейса BRI: U, S и T.

U -- одна витая пара, проложенная от коммутатора до абонента, работающая в полном или полу-дуплексе. К U-интерфейсу можно подключить только 1 устройство, называемое NT-1 (или NT-2) Network Termination -- сетевое окончание.

S/T интерфейс (S0). Используются две витые пары, передача и приём. Может быть обжата как в RJ-45 так и в RJ-11 гнездо/кабель. К гнезду S/T интерфейса можно подключить одним кабелем (шлейфом) по принципу шины до 7 ISDN устройств -- телефонов, модемов, факсов, называемых TE1 (Terminal Equipment 1). Каждое устройство слушает запросы в шине и отвечает на привязанный к нему MSN. Принцип работы во многом похож на SCSI.

NT-1, NT-2 -- Network Termination, сетевое окончание. Преобразовывает одну пару U в один (NT-1) или два (NT-2) 2-х парных S/T интерфейса (с раздельными парами для приёма и передачи). По сути S и T это одинаковые с виду интерфейсы, разница в том, что по S интерфейсу можно подать питание для TE устройств, телефонов например, а по T -- нет. Большинство NT-1 и NT-2 преобразователей умеют и то и другое, поэтому интерфейсы чаще всего называют S/T.

Интерфейс первичного уровня (Primary Rate Interface, PRI) -- используется для подключения к широкополосным магистралям, связывающим местные и центральные АТС или сетевые коммутаторы. Интерфейс первичного уровня объединяет 23 В-канала и один D-канал для стандарта Т1 23B+D (распространен в Северной Америке и Японии); или 30 В-каналов и один D-канал для стандарта E1 30B+D (распространён в Европе). Элементарные каналы PRI могут использоваться как для передачи данных, так и для передачи оцифрованного телефонного сигнала.

Интерфейс первичного уровня (англ. Primary Rate Interface, PRI) -- стандартный интерфейс сети ISDN, определяющий дисциплину подключения станций ISDN к широкополосным магистралям, связывающим местные и центральные АТС или сетевые коммутаторы. Интерфейс первичного уровня объединяет 23 В-канала и один D-канал для стандарта Т1 (23B + D=24*64=1536[kBit/s]) или 30 В-каналов для голоса или данных, один D-канал для сигнализации и один Н-канал для служебных данных стандарта E1 (30B + D + Н=32*64=2048[kBit/s]).

2.3 Оборудование ISDN в помещении заказчика

Сегмент ISDN в помещении заказчика описывается в соответствии с рекомендациями CCITT в терминах функциональных групп устройств (functional groping) и стандартных опорных точек (reference point) (см. Рисунок 1). Основными видами устройств в помещении заказчика являются оконечное оборудование сети 1 и 2 (Network Termination 1 и 2, NT1 и NT2), терминальный адаптер (Terminal Adapter, TA) и терминальное оборудование типа 1 и 2 (Terminal Equipment Type 1 и 2, TE1 и ТЕ2).

Рисунок 1.

Оконечное оборудование сети типа 1 (NT-1) располагается между сетью оператора связи и терминальным оборудованием (в левой части рисунка). TE-1 - это ISDN- совместимое, а ТЕ-2 - это любое другое терминальное обрудование. Некоторые офисы могут иметь также УАТС или NT-2. Терминалы ISDN делятся на две основные категории: специализированные терминалы ISDN (TE1) и все остальные терминалы (TE2). TE1 подключаются по четырехпроводному цифровому каналу на основе витой пары, а TE2 - с помощью терминального адаптера. Примерами TE2 могут служить обычные аналоговые телефоны, ASCII-терминалы и компьютеры с последовательным портом RS-232.

Терминальный адаптер представляет собой автономное устройство или съемную плату внутри TE2.

Фактически терминальные адаптеры заменяют собой модем. Оконечное оборудование сети служит для подключения четырехпроводной проводки в помещении заказчика к обычной двухпроводной абонентской линии. NT1 устанавливается оператором связи в помещении заказчика (в отличие от США, в Европе NT1 является, как правило, собственностью оператора связи) и связывает его с коммутатором ISDN на центральной АТС по витой паре, по которой ранее подключался обычный телефон. NT1 имеет разъем для пассивной шины. К этой шине заказчик может подсоединить до восьми ISDN-телефонов, терминалов и других устройств аналогично тому, как подобные устройства подключаются к локальной сети (см. Рисунок 2). С точки зрения пользователя, сеть ISDN начинается с NT1.

Вообще говоря, возможности подключения восьми устройств по шине может оказаться недостаточно, так как шина способна обслуживать только ограниченное число телефонных разговоров одновременно. В этом случае применение локального коммутатора NT2 - фактически УАТС - позволяет обеспечить реальный интерфейс для телефонов, терминалов и другого оборудования. Как правило, NT2 используется с PRI, а не с BRI.



Рисунок 2.

NT2 выполняет функции протоколов второго и третьего уровня, а также функции концентрации. Однако NT2 может выполнять лишь часть или вообще не выполнять протокольные функции; в последнем случае он является "прозрачным". Кроме того, комбинированное устройство NT1/2 осуществляет функции и NT1 и NT2.

2.4 Опорные точки ISDN

Опорные точки или точки доступа представляют собой интерфейсы между различными функциональными устройствами ISDN. Основными опорными точками являются R, S, T, U. Опорная точка R обеспечивает интерфейс между терминалом и терминальным адаптером.

Стандарт на точку R отсутствует, и разрабатывать его не предполагается, так как в принципе терминальный адаптер должен быть частью терминала ISDN.

Опорная точка S реализует интерфейс между терминалом ISDN (или терминальным адаптером в случае не ISDN терминала) и оконечным оборудованием сети NT2.

Терминальное оборудование со встроенным NT2 может подключаться к прозрачному NT2 или напрямую к NT1.

Опорная точка T служит для интерфейса между оконечным оборудованием сети NT2 и NT1. Последнее реализует функции физического уровня.

Опорная точка U обеспечивает интерфейс между NT1 в помещении заказчика (абонентском пункте) и NT1 на центральной АТС (узле коммутации) по абонентской линии. Стандарт на интерфейс U полностью не определен, общие рекомендации имеются только относительно скорости передачи.

2.5 Оконечное оборудование сети NT1

Как уже говорилось выше, оконечное оборудование сети NT1 обеспечивает интерфейс между двумя проводами витой пары со стороны телефонной компании и четырьмя проводами витой пары со стороны терминального оборудования конечного пользователя, т. е. он осуществляет подключение внутренней шины S к внешнему интерфейсу U. Внутренняя шина S представляет собой четырехпарный кабель (с 8-контактными модульными разъемами). Она используется для подключения, а также в некоторых ситуациях для электрического питания (у шины S нет ничего общего с Sbus). NT1 получает питание от общей сети переменного тока, однако некоторые устройства имеют встроенные аккумуляторы, чтобы телефонная связь не прерывалась во время сбоев питания (в отличие от обычных телефонов, ISDN- телефоны имеют активные электронные устройства и нуждаются в электропитании).

Из четырех пар кабеля шины S две предназначены для передачи данных, а еще две - для подачи питания на ISDN-телефоны и другие подключенные устройства.

Внешние источники питания могут быть двух видов - на 10-12 В и на 2 В. Первые достаточны для питания NT1 и подключенного к нему терминального оборудования, вторые обеспечивают только питание самого NT1. В чрезвычайных обстоятельствах (emergency mode) NT1 может получать питание до 1,2 В от АТС. Физически NT1 представляет собой небольшое, крепящееся к стене устройство со световыми индикаторами. В случае использования нескольких BRI все NT1 можно установить в специальную стойку со встроенным источником питания. Принципиальная схема NT1 изображена на Рисунке 3. NT1 подключает внутреннюю шину S к внешнему интерфейсу U. Иногда NT1 встраивается в терминальный адаптер. В этом случае комбинированный терминальный адаптер/NT1 - все, что нужно для подключения стандартного COM- порта EIA-232 к ISDN-интерфейсу U с базовой скоростью BRI.

Рисунок 3.

2.6 Достоинства ISDN

Прежде чем переходить к описанию общих достоинств ISDN, хотелось бы привести несколько частных примеров. Например, многие руководители имеют специальную кнопку на своих телефонах, с помощью которой они могут мгновенно связаться с секретаршей (нулевое время установления связи). ISDN-телефоны обеспечивают моментальную связь с одним из нескольких наперед заданных абонентов в любой точке мира по нажатию всего одной кнопки. Еще одна возможность - отображение телефонного номера, имени и адреса звонящего на дисплее в момент звонка. В более сложном варианте, когда телефон подключен к компьютеру, монитор ПК может отображать соответствующую запись о звонящем из базы данных.

В случае BRI оба B-канала могут быть объединены, например, для обеспечения более быстрого доступа к провайдеру Internet, а при поступлении входящего вызова один канал B тут же освобождается; по завершении разговора канал B автоматически подключается к передаче данных. Общие же достоинства ISDN состоят в следующем.

Во-первых, ISDN поднимает по сравнению с модемами порог в 56 Кбит/с для скорости обмена данными между компьютерами по обычной телефонной сети.

ISDN позволяет оперировать одновременно несколькими цифровыми каналами по одной телефонной проводке, и таким образом использовать ее для передачи цифрового, а не аналогового сигнала. С помощью протоколов объединения каналов типа BONDING или многоканального PPP базовый интерфейс обмена позволяет достичь скорости передачи несжатых данных в 128 кбит/с. Кроме того, задержка, т. е. время от отправки вызова до установления связи, для линий ISDN меньше в несколько раз.

Во-вторых, ранее каждому устройству была необходима отдельная телефонная линия, если они должны были работать одновременно. Например, отдельная линия была нужна для телефона, факса, модема, моста/маршрутизатора и системы видеоконференций. В случае ISDN сигналы от нескольких источников можно комбинировать для передачи по одной линии, причем ISDN предоставляет единый интерфейс для всех источников. В-третьих, вместо отправки вызова по основному каналу абонента в случае обычной телефонной системы ISDN посылает цифровой пакет по отдельному внешнему каналу. С одной стороны, этот сигнал никак не влияет на уже установленные соединения, с другой - установление связи происходит очень быстро. Сигнализация позволяет также определить, кто звонит, а телефонное оборудование ISDN может автоматически принимать решение, куда перенаправить звонок.

ИТОГИ: Узкополосная сеть с интеграцией услуг Narrowband ISDN стала одной из первых попыток заменить аналоговую телефонную систему на цифровую для передачи и голоса, и данных. К сожалению, стандартизация заняла слишком много времени (а технологии развиваются очень быстро), так что, едва появившись, стандарты уже устарели. Кроме того, требования пользователей значительно выросли.Но на сегодняшний день базовому интерфейсу обмена не хватает скорости для новых видов сервиса, например для видео по требованию или связи высокоскоростных локальных сетей. Однако ISDN - отнюдь не мертвая технология.

3. Сети пакетной коммуникации

В западной прессе теперь очень трудно встретить рассмотрение проблем, связанных с использованием протокола X.25; более горячими темами сегодня в области территориальных сетей являются, например, технологии frame relay и ATM. Несмотря на это, даже в странах Запада самые передовые компании, выпускавшие ранее только высокоскоростное оборудование, дополняют свой спектр устройств оборудованием X.25. Пример тому - появление в нынешнем году в ассортименте оборудования фирмы StrataCom узлов X.25. Особенно актуально рассмотрение решений технологий X.25 для России и сопредельных стран с аналогичной инфраструктурой каналов.

Мы будем называть сетями X.25, или сетями пакетной коммутации сети, доступ к которым производится в соответствии с рекомендациями МККТТ X.25 (в соответствии с X.3/X.28 в случае асинхронного доступа).

Дело в том, что на сегодняшний день, несмотря на появление новых, интегральных технологий сетей передачи данных/сетей связи, рассчитанных на высокоскоростные каналы связи, сети X.25 по-прежнему наиболее распространены. Если рассматривать все имеющиеся сегодня сети передачи данных общего пользования, то окажется, что именно сети X.25 с наибольшим основанием могут быть уподоблены телефонным сетям. Точно так же, как подняв трубку телефонного аппарата, подключенного к ближайшей АТС, вы можете связаться с абонентом практически в любой точке мира, так и установив соединение вашего компьютера с ближайшим узлом сети X.25, вы сможете осуществить связь с любым из миллиона пользователей сетей X.25 по всему миру. Для этого вам надо лишь знать его сетевой адрес.

3.1 Протоколы сетей X.25

Сети X.25 получили свое название по имени рекомендации - "X.25", выпущенной МККТТ (Международный консультативный комитет по телефонии и телеграфии). Данная рекомендация описывает интерфейс доступа пользователя в сеть передачи данных и интерфейс взаимодействия с удаленным пользователем через сеть передачи данных. Внутри же самой сети передача данных может происходить в соответствии с другими правилами. Ядро сети может быть построено и на более скоростных протоколах frame relay. Мы, однако, рассматривая вопросы построения сетей X.25 будем иметь в виду сети, передача данных внутри которых производится также по протоколам, описанным в рекомендации X.25. Именно таким образом и строится в настоящее время большинство корпоративных сетей X.25 в России. Первый вариант рекомендации был выпущен в 1976 году. За прошедшее время все стандарты были проверены практикой и при необходимости дополнены. Сегодня достигнут достаточно высокий уровень совместимости оборудования, выпускаемого различными фирмами, как в рамках одной сети, так и разнообразных сетей X.25. Наибольшие проблемы в области совместимости возникают в тех случаях, когда надо управлять из одного центра узлами сети, построенными на базе оборудования разных фирм. Однако, благодаря установке на оборудовании X.25 агентов SNMP, и эта проблема в ближайшем будущем будет, видимо, решена. Одновременно ведется работа по расширению возможностей протокола SNMP в части его соответствия задачам управления большими территориально-распределенными сетями.