Базовые телекоммуникационные технологии

7.1. Поняття технології в телекомунікаціях Поняттям «технологія» (Technology) у сфері телекомунікацій позначають спосіб реалізації режиму перенесення інформації в мережі, який забезпечує користувачів певним гарантованим рівнем якості обслуговування. Термін «режим перенесення» (Transfer Mode) узагальнено розуміють як сукупність методів мультиплексування, передавання та комутації, за допомогою яких у телекомунікаційній мережі уможливлюється транспортування інформації з кінця в кінець, тобто від джерела до одержувача. Поява даного терміна зумовлена тим, що в цифрових телекомунікаційних мережах межі між технікою мультиплексування, передавання та комутації стають важче помітними. Нагадаємо, що під терміном «метод передавання» (на відміну від «режим перенесення») розуміють спосіб організації взаємодії приймача й передавача в процесі обмінювання сигналами між двома суміжними вузлами мережі, безпосередньо з'єднаними лінією зв'язку (проводовою або безпроводовою). Ці методи ґрунтуються на теорії передавання сигналів і в даному розділі не розглядаються. Фізичною основою будь-якої телекомунікаційної технології є лінії зв'язку та комунікаційне (мережеве) устатковання.

Синхронний режим перенесення (Synchronous Transfer Mode) ґрунтується на принципі синхронного часового мультиплексування та часового розділення каналів у процесі передавання інформації від одного вузла комутації до іншого. При цьому всі ланки тракту передавання інформації з кінця в кінець працюють синхронно. Таку синхронізацію забезпечують спеціальні синхронні технології, основані на використанні генераторів тактових сигналів, які працюють від єдиного еталонного джерела в мережі. Для асинхронного режиму перенесення (Asynchronous Transfer Mode) достатньо забезпечити синхронне передавання інформації лише між суміжними об'єктами (передавачем і приймачем вузлів, безпосередньо з'єднаних лінією зв'язку). У транзитному вузлі інформаційні блоки зберігаються деякий час у пристрої запам’ятовування, а потім передаються в наступний вузол мережі. При цьому швидкості у вхідному та вихідному каналах вузла можуть відрізнятися. Таким чином, при асинхронному режимі інформація переміщується мережею естафетним способом.

Синхронне часове мультиплексування Режим комутації часових каналів, який ґрунтується на принципі синхронного часового мультиплексування під час передавання інформації від одного вузла комутації до іншого, є відомим як синхронний режим перенесення STM (Synchronous Transfer Mode). Під мультиплексуванням у цифрових мережах розуміють поєднання n низькошвидкісних цифрових потоків у один високошвидкісний потік. Мультиплексування застосовують з метою більш ефективного використання пропускної здатності лінії зв'язку, що зумовило вжиток у термінології зв’язківців також понять «ущільнення», «розподілення» лінії зв'язку. Вихідні цифрові потоки, які формуються в результаті роботи різних мережевих застосовань (від різних служб), можуть істотно відрізнятися за своєю природою. Це й передавання постійного бітового потоку, передавання файлів 207 даних, мовленнєвих і відеосигналів в цифровій формі. Таким чином, мультиплексування забезпечує ще й адаптацію середовища передавання лінії зв'язку до великої кількості різнорідних мережевих додатків.

Технологія ISDN Традиційна комутація каналів з часовим розподіленням є дуже негнучкою процедурою, так як тривалість тайм-слоту однозначно визначає швидкість передавання в каналі зв'язку. У технології ISDN зроблено першу реальну спробу безпосередньо надати послуги передавання не тільки голосової, а й відеоінформації та даних кінцевим користувачам у єдиній цифрової мережі. Цифрова мережа інтегрального обслуговування ISDN (Integrated Services Digital Network) є інтегрованою системою зв'язку з різноманітним комплексом послуг. Вимоги різних служб до швидкості передавання можуть бути різними – від дуже низьких (1 кбіт/с – для телеметрії) до надвисоких 220 (140 Мбіт/с – TV високої чіткості). Для задоволення цих вимог було розроблено варіант поєднання комутації каналів з мультиплексуванням, який забезпечує широкий діапазон швидкостей передавання даних.

Принцип комутації пакетів Телекомунікаційні мережі з комутацією каналів було розроблено й оптимізовано для досягнення найвищої якості передавання мовленнєвих повідомлень. Навіть те, що дуплексний канал при цьому використовується тільки на 50%, вважається цілком допустимим. Низька ефективність використання каналів у мережі з комутацією каналів пояснюється тим, що після налаштування з'єднання між кінцевими пристроями ресурс (пропускна здатність) скомутованого каналу та його складових частин на час сеансу зв'язку є недоступним для інших застосовань, навіть у тому випадку, коли дані тимчасово не передаються. Використовуючи такі телекомунікаційні мережі для передавання даних між комп'ютерами, виявлено, принаймні, два недоліки: 223 • з'єднання типу термінал-хост (наприклад, у процесі взаємодії ПК користувача з мережевим комп'ютером) звільняє канал на значний час, але телекомунікаційна мережа не може використовувати його в цей час для іншого застосовання; • мережа з комутацією каналів забезпечує передавання даних з постійною швидкістю. Це означає, що будь- якій парі термінал-хост надано однакову фіксовану швидкість, що обмежує можливості мережі для під’єднання хостів і терміналів різної продуктивності.

Технологія Ethernet Технологія Ethernet була першою мережевою технологією, в якій запропоновано для доступу до мережі використовувати спільне розподільче середовище (без частотного поділу). Дана технологія пройшла декілька етапів еволюційного розвитку й з простої “шинної” технології локальних мереж перетворилася на технологію не тільки локальних, але й територіальних сегментів. Завдяки тому, що кожні 5 –7 років швидкість протоколів Ethernet збільшувалася в 10 разів, утворився ієрархічний ряд швидкостей Ethernet: 10 Мбіт/с (Ethernet), 100 Мбіт/с (Fast 240 Ethernet, FE), 1 Гбіт/с (Gigabit Ethernet, GE), 10 Гбіт/с (10 Gigabit Ethernet, 10GE), і це ще не межа. На сьогодні технологія Ethernet міцно увійшла до переліку базових технологій канального рівня для цифрових мереж. Відмінною особливістю канального рівня Ethernet є його розкладання на дві підрівня: • підрівень керування доступом до середовища (Media Access Control, MAC); • підрівень керування логічним каналом (Logical Link Control, LLC). Підрівень МАС з’ясовує алгоритм доступу до середовища, фізичні адреси портів входу кінцевих пристроїв мережі й підтримує функції спільного використання фізичного середовища. Підрівень LLC підтримує різні режими обслуговування, а саме: обслуговування без налаштування з'єднання та без підтвердження отримання; обслуговування, орієнтоване на з'єднання; обслуговування з підтвердженням без налаштування з’єднання.

10.)1. Мережі доступу. Призначення мереж доступу, в загальному випадку, полягає у формуванні агрегованих інформаційних потоків, спрямованих користувачами в транспортну мережу з максимальною концентрацією їх у вузлах доступу, й розподіленні потоку, який надходить з транспортної мережі, між кінцевими користувачами з урахуванням конкретних запитів кожного. За допомогою мереж доступу забезпечується доставка інформації до кінцевого користувача, з урахуванням його вимог до надаваних мережею послуг. Щоб забезпечувати широкий спектр послуг (передавання голосу, відео, даних), мережі доступу повинні бути максимально функціональними й гнучкими, що досягається завдяки застосуванню відповідних телекомунікаційних технологій та різних середовищ передавання.

2. Мережі абонентського проводового доступу. Мережа абонентського доступу складається з двох ділянок: розподільчої ділянки (РД) (це, в основному, окремі мідні пари) й магістральної ділянки (МД), на якій використовують спільний багатожильний кабель. Чим ближче розташовано вузловий пункт абонентської мережі до місця зосередження абонентів, тим меншою є сумарна довжина кабелю розподільчої ділянки, отже, дешевшою розподільча мережа.

3. Мережі абонентського безпроводового доступу. Використання безпроводового абонентського доступу має такі переваги: швидку реалізацію та введення об'єкта в експлуатацію, порівняно нескладну реконфігурацію мережі, що дає змогу відстежувати зміни попиту на послуги. Крім того, в деяких випадках через неможливість прокласти оптичний кабель, безпроводовий доступ стає єдино можливим способом нарощування й модернізації абонентської мережі. Основна частина витрат у такій мережі припадає на радіоустатковання.. Незважаючи на відсутність кабелю на розподільчій ділянці (РД), абоненти, як і раніше, залишаються «прив'язаними» до конкретної стаціонарної географічній точки – базової станції (Base Station, BS). Базова станція з опорним вузлом може бути пов'язана як за допомогою кабелю (потоком Е1 G703, модемною технологією HDSL), так і безпроводовим способом (цифровий РРЛ, супутникових систем зв'язку).

4. Мережі мобільного доступу. Мобільний доступ абонентам надають, в основному, оператори стільникового зв'язку. Перше покоління стільникового зв'язку (1G) – це аналогова технологія телефонних систем мобільного зв'язку стандарту AMPS (Advanced Mobile Phone System). Перевагою стандарту CDMA є можливість використання однієї й тієї ж частоти по всій мережі, у всіх стільниках. Це означає, що коефіцієнт повторного використання частот для CDMA дорівнює одиниці, і відносно AMPS це дає збільшення ємності в 7 – 10 разів. У порівнянні з цифровими стільниковими мережами, мережі стандарту CDMA забезпечують удвічі більшу пропускну здатність. Завдяки можливості об'єднання до восьми каналів трафіку CDMA швидкість передавання даних може досягати 115 Кбіт/с, причому виробники устатковання можуть поступово нарощувати кількість каналів, яку підтримує інфракструктурне обладнання. Подальшим розвитком стандартів GSM і CDMA стала універсальна мобільна телекомунікаційна система (Universal Mobile Telecommunication System, UMTS), З точки зору користувача, UMTS є мережею для надання якісних сучасних послуг по всьому ланцюжку від одного кінцевого користувача до іншого. Концепція гарантування та керування якістю послуг зв'язку в UMTS є гнучкою й забезпечує їх саморозвиток на основі служби обміну даними в мережі.Стандарт CDMA в системі UMTS еволюціонує від вузькосмугового до широкосмугового – WCDMA (Wideband CDMA) зі швидкістю передавання до 2.4 Мбіт/с. Радіоінтерфейс WCDMA містить канали трьох рівнів: логічного, транспортного та фізичного. Технологію GPRS називають технологією покоління 2.5G. GPRS використовує принцип розподілення каналів для передавання голосового трафіку й трафіку даних, а також забезпечує можливість прийому під час GPRS-з'єднання як телефонних дзвінків, так і SMS-повідомлень. Додатково оператори пропонують послуги мультимедійних ММS- повідомлень. Користувачі мобільних телефонів можуть мати також доступ в Інтернет. Однак швидкість такого доступу є невисокою (2 400 – 9800 Кбіт/с). Мобільні мережі третього покоління 3G задекларовано ITU в концепції IMT-2000 (Internstional Mobile Telecommunications). Їх відмінною рисою є значне перевищення трафіку даних над голосовим трафіком. Роботу над стандартами 3G зосереджено на розширенні займаної смуги частот та удосконаленні принципів побудови радіоінтерфейсу. Це дало змогу досягти в стільникових мережах третього покоління таких переваг, як глобальний роумінг, підвищена ємність, покращена якість передавання мовлення та високошвидкісне передавання даних для підтримки мультимедійного трафіку Мобільний WiMAX – це значний крок у розвитку конвергентних систем широкосмугового радіодоступу на основі взаємодії безпроводових стаціонарних і мобільних мереж доступу. Крім того, перехід від архітектури фіксованого WiMAX до мобільного не вимагає докорінної перебудови й заміни обладнання безпроводового доступу.

5. Архітектура мереж доступу. Узагальнену архітектуру та модель мережі доступу визначено ITU-T у Рекомендації G.902 (11/95). На рисунках 10.8 наведено узагальнену архітектуру мережі доступу, описану в цій рекомендації:

TMN (Telecommunication Management Network) – мережа керування телекомунікаціями; • UNI (User-Network-Interface) – інтерфейс користувач- мережа; • AN (Access Network) – мережа доступу; • SNI (Service Node Interface) – інтерфейс сервісного вузла; • SN (Service Node) – сервісний вузол; • TN (Transport Network) – транспортна мережа; • Q3 – інтерфейс керування

6. Мультисервісний доступ. Реалізація мультисервісного доступу ґрунтується на використанні мультисервісних комутаторів доступу (МКД) і мультисервісних абонентських концентраторів (МАК), або шлюзів доступу (Access Gateway, AG). Мультисервісний комутатор доступу МКД (у англомовній термінології – Switch and Access Node, SAN) є різновидом Softswitch, сферу застосування якого визначає його назва: він виконує одночасно функції вузла комутації та вузла мережі доступу для місцевих мереж зв'язку. Цікавою особливістю застосування МКД є можливість об'єднання декількох територіально віддалених пристроїв доступу МАК в один з присвоєнням їм одного коду пункту сигналізації. Крім того, МКД може керувати мережею IP- телефонії, побудованою на мультисервісних абонентських концентраторах МАК. Мультисервісний абонентський концентратор (МАК) є виносним блоком комутаційного вузла (наприклад, АТС SI2000). МАК рГнучка модульна архітектура концентратора дає змогу економічно ефективно організувати багатофункціональний доступ. До складу МАК входить потужний процесор, пул цифрових сигнальних процесорів, вбудований TDM-комутатор і DSLAM-мультиплексор з можливістю роботи з ІР- протоколом та ін. МАК забезпечує взаємодію сигналізації між лініями ТфЗК або ISDN (BRI, PRI) і мережевим інтерфейсом Н. 323

11. «інтермережа»-визначає сукупність логічних мереж, що взаємодіють між собою на основі протоколів та устатковання мережевого рівня.

Для стеку TCP/IP основним протоколом мережевого рівня, як уже зазначено, є протокол міжмережевої взаємодії – інтернет- протокол (Internet Protocol, IP), що дає підстави називати інтермережу також IP-мережою

За функціональною ознакою TCP/IP-мережа є інформаційною мережею, класичним прикладом якої є глобальний Інтернет.

Протокол міжмережевої взаємодії (Internet Protocol, IP), описаний у документі REF 791, є основним протоколом мережевого рівня стеку протоколів TCP/IP. IP – це неорієнтований на налаштування з’єднання та ненадійний протокол передавання. Термін «неорієнтований на налаштування з’єднання» означає, що сеанс для обміну даними не встановлюється. Термін «ненадійний» означає, що доставка не гарантується. Хоча IP докладає всіх зусиль, щоб доправити пакет, IP-пакет може бути втрачено, доправлено поза чергою, продубльовано або затримано. Протокол IP не може виправляти помилки таких типів. Підтвердження про отримання пакетів і повторне звернення за втраченими пакетами є обов'язками протоколу більш високого рівня, наприклад, TCP.

Організаційна структура Інтернету CBR - маршрутна мережа AS - автономна система IG - внутрішній шлюз EG - зовнішний шлюз BGP -протокол суміжної маршрутизації

Различают три вида маршрутизации - простую, фиксированную и адаптивную. Принципиальная разница между ними - в степени учета изменения топологии и нагрузки сети при решении задачи выбора маршрута.

Простая маршрутизация отличается тем, что при выборе маршрута не учитывается ни изменение топологии сети, ни изменение ее состояния (нагрузки). Она не обеспечивает направленной передачи пакетов и имеет низкую эффективность. Ее преимущества - простота реализации алгоритма маршрутизации и обеспечение устойчивой работы сети при выходе из строя отдельных ее элементов.

Фиксированная маршрутизация характеризуется тем, что при выборе маршрута учитывается изменение топологии сети и не учитывается изменение ее нагрузки. Для каждого узла назначения направление передачи выбирается по таблице маршрутов (каталогу), которая определяет кратчайшие пути. Каталоги составляются в центре управления сетью. Они составляются заново при изменении топологии сети. Отсутствие адаптации к изменению нагрузки приводит к задержкам пакетов сети. Различают однопутевую и многопутевую фиксированные маршрутизации. Первая строится на основе единственного пути передачи пакетов между двумя абонентами, что сопряжено с неустойчивостью к отказам и перегрузкам, а вторая - на основе нескольких возможных путей между двумя абонентами, из которых выбирается предпочтительный путь. Фиксированная маршрутизация применяется в сетях с мало изменяющейся топологией и установившимися потоками пакетов.

Адаптивная маршрутизация отличается тем, что принятие решения о направлении передачи пакетов осуществляется с учетом изменения как топологии, так и нагрузки сети.

Протоколами маршрутизації, які забезпечують обмінювання інформацією про маршрути в мережах на базі протоколу IP, є протоколи RIP, OSPF, EGP і BGP.

Протоколи транспортного рівня вирішують завдання передавання даних між прикладними процесами. У стеку TCP/IP це завдання вирішують протокол призначених для користувача датаграм і протокол керування передаванням. Ці протоколи, також як і протоколи прикладного рівня, налаштовують тільки на кінцевих вузлах; вони забезпечують інтерфейс із вищерозташованим прикладним рівнем, передаючи дані, які надходять на вхідний інтерфейс хосту, котрий відповідає застосованню.

Протокол UDP Протокол датаграм кориристувачів (User Datagram Protocol, UDP) описано в документі RFC 768. Він є одним із двох протоколів, розташованих над протоколом IP, і надає прикладним програмам транспортні послуги. Кожне повідомлення протоколу UDP називають датаграмою користувача.

Протокол TCP Протокол керування передаванням (Transmission Control Protocol, TCP) описано в документі RFC 793. Його використовують як надійний транспортний засіб для взаємодії розподілених прикладних процесів у TCP/IP мережах. Протокол TCP працює, як і протокол UDP, на транспортному рівні. Він забезпечує надійне транспортування даних між прикладними програмами шляхом налаштування логічного з'єднання між ними.

12. Основне призначення мережі підприємств – це забезпечення колективного доступу користувачів до інформаційних ресурсів (баз даних) підприємства та виходу в глобальні мережі, поділ дорогого периферійного обладнання та оргтехніки, призначеної для роботи в мережі, підвищення ефективності виробничого процесу (бізнес-процесу) за рахунок автоматизації якомога більшої кількості виробничих операцій. Отже, мережі підприємств є класичним прикладом інформаційних мереж, де основний трафік формується в результаті взаємодії прикладних процесів кінцевих систем. Мережі підприємств організовуються на основі принципів побудови сегментів LAN. Їх прикметними особливостями є компактне розташування користувачів і високі швидкості передавання трафіку. Принцип сегментування мережі великого підприємства, як правило, відображає його організаційну структуру. Кількість рівнів структуризації в мережі є пропорційним до масштабу підприємства. Так, для об'єднання кінцевих пристроїв у сегменті масштабу мережі невеликої робочої групи цілком можна обмежитися комутатором рівня доступу. Для об'єднання сегментів робочих груп у сегмент масштабу відділу й далі – підприємства необхідно долучати комутатори відповідно рівнів розподілу й ядра

Термінальним устаткованням мереж підприємств є апаратура класу DTE (див. розділ 3.5), а саме пристрої, описані нижче.

Термінальні пристрої телекомунікаційних служб. До цих пристроїв належать кінцеві пристрої користувачів, а саме: цифрові та аналогові телефонні апарати, IP-телефони, факс- апарати, офісні міні-АТС. Алфавітно-цифрові, графічні та відеотермінали. Використовуються у клієнт-серверних системах для організації робочого місця користувача, а також як консолі для керування мережевим обладнанням. Термінали, як правило, мають власну систему команд (популярні системи команд VT- 52, VT-100), які мають відмінності в трактуванні керувальних символів і послідовностей. Розрізняють також таблиці кодування символів. Комп'ютери. Залежно від функцій, які комп’ютер виконує у мережі, він може розглядатися як робоча станція або сервер. Функціональне призначення робочої станції визначають інстальовані в неї застосовання та її периферія (мультимедійні аксесуари, IP-телефони, відеотелефони, та ін.). Нагадаємо, що сервер, який працює в режимі хосту, може бути під’єднаним до одного й більше сегментів мережі підприємства. Він отримує та надсилає потоки даних будь- якого із сегментів, але не має права переспрямовувати (ретранслювати) дані з одного сегмента в інший. Інакше він стає мережевим комунікаційним пристроєм. Розподільчі принтери. Забезпечують друк завдань для користувачів мережі. У загальному випадку для цього потрібно мати принт-сервер, який керує вибором завдань з черги і, власне, принтер, під’єднаний до принт-серверу (як правило, через порт LPT, можливо USB, іноді через COM- порт). Функції принт-сервера може виконувати звичайний 512 комп'ютер, під’єднаний до мережі. Під’єднання принт комп'ютер, під’єднаний до мережі. Під’єднання принтера за допомогою кабеля до комп'ютера територіально ”прив'язує” принтер до комп'ютера (на відстань до 5 м), а це не завжди зручно. Мережеві принтери. Це тип принтерів, які мають вбудований мережевий інтерфейс (мережевий адаптер) і вбудоване програмне забезпечення (принт-сервер). До мережі під’єднуються самостійно, територіально можуть розташовуватися в будь-якому місці, де є телекомунікаційний роз'єм мережі. Апаратні принт-сервери. Це мікроконтролери, які забезпечені мережними адаптерами. Вони також мають кілька портів для під’єднання звичайних принтерів. Можливість під’єднання відразу декількох принтерів є відмінною рисою апаратного принт-сервера. Вбудоване в апаратний принт- сервер програмне забезпечення виконує вибір завдань із черги на друк. Плотери (графобудівники). Припускають використання в режимі розподілення, якщо вони підтримують стандартний протокол керування потоком даних. У разі наявності паралельного інтерфейсу плотер без проблем може під’єднуватися до будь-якого принт-сервера (аналогічно до принтера). Плотери з послідовними інтерфейсами можуть взаємодіяти з застосованнями тільки локально, через спеціальний драйвер.

Технології та устатковання телекомунікаційних мереж підприємств Традиційно вважалося, що саме застосування певної мережевої технології сегменту LAN визначає топологію його фізичних і логічних зв'язків. У якості варіантів розглядалися: ”загальна шина” (Ethernet, ARCnet), ”кільце” (Token Ring, FDDI), “зірка” (Ethernet). Проте, з переходом на комутовану топологію, стало можливим, шляхом кросування портів комунікаційного обладнання, реалізувати будь-яку з перерахованих вище топологій тільки на фізичній топології “зірка” (або “ієрархічна зірка”). Подальшим кроком розвитку технологій сегментів LAN стала поява ієрархії швидкостей комутованої Ethernet (Ethernet, FE, GE, 10GE), яка стала провідною серед технологій цього рівня. Комунікаційне устатковання – комутатори Ethernet мають очевидні переваги, оскільки працюють зі швидкістю протоколу та забезпечують тим самим високі швидкості передавання в мережі. Однак, мають і певні недоліки: комутатори можуть працювати тільки в мережах з топологією “дерево” (у разі відсутності циклів) і вони прозорі для широкомовних кадрів. Неможливість організації в топологіях “дерево” обхідних напрямків (резервних шляхів) не дає змогу вирішувати проблему надійності мережі, а безперешкодне поширення широкомовного трафіку може істотно перевантажувати магістральні зв'язки.

Використання комутованої топології, яка забезпечила незалежність топології фізичних зв'язків від застосовуваної мережевої технології в сегментах LAN, дало змогу розглядати телекомунікаційні мережі будівель як самостійні об'єкти – структуровані кабельні системи.

Віддалений доступ у мережах підприємств застосовують для взаємодії вузлів, не пов'язаних загальною локальною мережею. Завдання організації віддаленого доступ у даному випадку може бути сформульовано декількома варіантами: • забезпечити доступ комп'ютерів окремих віддалених співробітників до ресурсів локальної мережі підприємства; • надати клієнтам локальної мережі доступ до ресурсів глобальної мережі Інтернет; • організувати зв'язок двох і більше локальних мереж, які територіально рознесені на велику відстань одна від іншої, при об'єднанні у єдину корпоративну мережу.