Широкополосные цифровые сети интегрального обслуживания. Виды передаваемой информации.
Широкополосные цифровые сети
с интеграцией служб
Развитие идеи интеграции заключается в объединении разветвленной телефонной сети с сетями передачи данных в структуру, называемую цифровой сетью с интеграцией служб (ЦСИС), в которой услуги по передаче данных и речи обеспечиваются одновременно. Стимулирующим фактором перехода к ЦСИС является небольшая стоимость передачи данных по цифровой телефонной сети и неизменная стоимость услуг по передаче речи на уже существующих сетях.
Давая самую общую характеристику в соответствии с определением Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ, а ныне Международный союз электросвязи - МСЭ), можно сказать, что ЦСИС (Integrated Services Digital Network - ISDN) - это сеть, выросшая из телефонной цифровой сети и предоставляющая возможности цифрового соединения из конца в конец (end-to-end) для поддержки широкого спектра служб, включая аудио- и иные службы, адресуемые пользователями с помощью ограниченного множества стандартных многоцелевых интерфейсов типа пользователь-сеть.
Как следует из названия, основной целью ЦСИС является интеграция служб, для поддержки которых (видео, аудио, речь и данные) требовались четыре раздельных сети. Передача видео осуществляется по коаксиальным линиям, аудио - по сбалансированным линиям радиосетей, для передачи речи используются медные витые пары, а для служб, связанных с передачей данных, требуются коаксиальные либо симметричные кабели. Это разнообразное оборудование является дорогим для установки и непростым в эксплуатации. В ЦСИС все иначе.
ЦСИС предоставляет возможности передачи речи, видео и аудио информации, данных по одной сети с унифицированным кабельным оборудованием при несравнимом с предыдущими сетями качеством. Эту сеть характеризуют разнообразные дополнительные возможности, например автоматическое управление шириной предоставляемого канала и установление соединения в процессе предоставления услуги.
Одна из основных причин, не позволяющая обеспечить в полном объеме перечисленные выше службы на обычной телефонной сети - ее аналоговая природа.
Сети требуют скоростных каналов передачи. Базовый канал ЦСИС имеет скорость 64 Кбит/с, вследствие чего ЦСИС является прекрасным инструментом для соединения, например, локальных сетей. Так же как и вычислительные сети, ЦСИС сама является цифровой, однако она не ограничивается территорией здания, городского района или города. Она может быть региональной, национальной и даже глобальной. Скоростные параметры и цифровая природа ЦСИС позволяют соединить два удаленных на тысячи километров устройства так же легко, как если бы они принадлежали одной локальной сети и располагались в соседних комнатах.
Первые разработки в области ЦСИС начались еще в 1976 году, а сегодня мы являемся свидетелями широкомасштабного внедрения ЦСИС в развитых странах. Начиная с 1988 года, однако, основные усилия разработчиков были направлены на развитие концепции сети, которая станет более революционной, чем ЦСИС. Новая сеть была названа широкополосной ЦСИС (Ш-ЦСИС) и изначально разрабатывалась с учетом того, что она является преемницей ЦСИС и сможет поддерживать ее службы, а именно:
- обеспечивать передачу речевой и неречевой информации в единой сети;
- обеспечивать как некоммутируемые, так коммутируемые и соединения, предусматривающие возможность коммутации каналов и пакетов;
- обеспечивать возможность образования коммутируемых соединений на цифровых каналах со скоростью 64 Кбит/с.
С другой стороны, Ш-ЦСИС будет иметь значительно больше возможностей, чем ЦСИС. МСЭ характеризует службы Ш-ЦСИС, как службы, требующие высокоскоростных каналов. За этой упрощенной формулировкой, однако, лежит сложнейший план развития сети и набора служб, которые окажут несравненно большее влияние на экономику и социальную сферу всего мира, чем ЦСИС. С приходом Ш-ЦСИС станут возможными службы, требующие скоростей передачи в десятки, сотни и тысячи раз превышающие скорости, допустимые в ЦСИС. Эти службы включают обработку графики, телевидение высокого разрешения, локальные сети и др. Такого типа службы носят название широкополосных служб. Они требуют высокоскоростных каналов передачи на всех участках сети, а также соответствующих коммутаторов.
Таким образом, основой Ш-ЦСИС являются высокоскоростные каналы и быстрая коммутация, обеспечивающие широкий диапазон скоростей и параметров трафика. Все это становится возможным в случае использования оптоволоконного кабеля и так называемого асинхронного режима передачи (АРП). Решение использовать АРП для Ш-ЦСИС является весьма примечательным и предполагает, что Ш-ЦСИС будет пакетно-ориентированной сетью, если говорить в терминах ее интерфейсов и внутренней коммутации. Таким образом, Ш-ЦСИС, которая начала свое развитие из телефонной сети с коммутацией каналов, превращается в сеть с коммутацией пакетов по мере расширения широкополосных служб.
Ш-ЦСИС берет свое начало от ЦСИС или узкополосной ЦСИС, но в действительности использует лишь некоторую часть ее идей. Фактически Ш-ЦСИС сильно отличается от ЦСИС в архитектуре и реализации, поскольку последняя, хотя и предназначена для реализации цифровой передачи, но рассчитана на использование существующей кабельной системы, по большей части медной, доставшейся нам в наследство от аналоговых телефонных сетей. В то же время Ш-ЦСИС в качестве передающей среды использует главным образом оптоволокно и опирается на высокоскоростные сетевые технологии для предоставления пользователям широкого спектра служб - от узкополосных до широкополосных. В следующих разделах будут более подробно рассмотрены широкополосные службы и асинхронный режим передачи.
Службы Ш-ЦСИС МСЭ классифицирует услуги, предоставляемые Ш-ЦСИС, как интерактивные и распределительные службы (рис. 1).
Рисунок 1.
Классификация служб.
Интерактивные службы подразделяются на три класса: диалоговые службы, службы сообщений и службы с обращением к банку данных. Распределительные службы делятся на службы без предоставления пользователю возможности индивидуального контроля и с предоставлением такой возможности.
В общем случае диалоговые службы обеспечиваются посредством двухсторонней связи с передачей информации из конца в конец в реальном времени без ее хранения и последующей передачи от пользователя к пользователю или между пользователем и хост-узлом. Поток информации может быть двунаправленным симметричным, двунаправленным асимметричным, и для некоторых специфических классов, например видео, поток информации может быть однонаправленным. Информация генерируется пользователями на передающей стороне и предназначается для одного или нескольких пользователей на принимающей стороне соединения. Примерами диалоговых служб могут служить видеотелефония, видеоконференция и высокоскоростная передача данных.
Службы сообщений предоставляют связь пользователь-пользователь через блоки информации с хранением и последующей передачей, услуги электронной почты и/или функции управления сообщениями: редактирование информации, обработку и перевод в другой формат. Примеры служб сообщений - службы обработки сообщений и службы электронной почты для передачи динамических изображений, изображений с высокой степенью разрешения и аудиоинформации. Пользователь службы обращения к банку данных может запросить и получить информацию, хранящуюся в информационных центрах, предназначенных для общего пользования. Информация также может быть взята обратно, но лишь на индивидуальной основе. Более того, время начала передачи информационной последовательности находится под контролем пользователя. В качестве примеров услуг обращения к банку данных можно привести передачу фильмов, изображений с высоким разрешением, аудиоинформации и архивной информации.
Распределительные службы без предоставления возможности индивидуального управления обеспечивают непрерывный поток информации, распределяемый от центрального источника к неограниченному количеству точек приема, имеющих доступ к сети. Пользователь имеет доступ к этому потоку информации, но не может назначать момент начала передачи информации. Пользователь также не вправе контролировать порядок предоставления широковещательной информации. Примерами широковещательных служб являются телевизионные и радиопрограммы.
Распределительные службы с предоставлением возможности индивидуального управления также распространяют информацию от центрального источника большому количеству пользователей. Тем не менее информация передается как последовательность информационных элементов - фреймов с периодическим повторением. Таким образом, пользователь имеет возможность индивидуального доступа к периодически передаваемой информации и контроля начала и порядка предоставления информации. Благодаря периодическому повторению, информация, выбранная пользователем, будет всегда передаваться с начала. Широковещательная видеография - пример такой службы.
Каким же образом перечисленные разнообразные службы могут быть доступны абоненту Ш-ЦСИС? Безусловно, для этого прежде всего необходимо иметь специальное оборудование, выпускаемое различными производителями и для стандартизации которого МСЭ ввело понятие функционального устройства. Стандарты Ш-ЦСИС определяют несколько таких устройств, каждое из которых выполняет свои собственные, присущие только ему функции. Тем не менее совсем не обязательно, чтобы такое функциональное устройство физически было изготовлено в виде отдельного модуля. По этой причине, собственно, и принято такое название. Стандартом определены следующие типы функциональных устройств (рис. 2):
- широкополосный сетевой выход типа 1 - Ш-СВ1 (Network termination type 1 - B-NT1) Ш-СВ1 представляет собой физическое подключение линии пользователя к Ш-ЦСИС;
- широкополосный сетевой выход типа 2 - Ш-СВ2 (Network termination type 2 - B-NT2). Такое оборудование необходимо не каждому абоненту. Ш-СВ2 обладает возможностями коммутации и мультиплексирования и, следовательно, необходимо для абонентов, имеющих, например, собственную телефонную сеть или локальную сеть;
- терминальное оборудование - ТО (Terminal equipment - TE), относится к устройствам абонента, например к цифровым или аналоговым телефонам. Широкополосное терминальное оборудование типа 1 - Ш-ТО1 (Terminal equipment type 1 - B-TE1) - это устройства, использующие протоколы Ш-ЦСИС и поддерживающие услуги Ш-ЦСИС. Терминальное оборудование типа 2 - ТО2 - устройства, несовместимые с Ш-ЦСИС, например аналоговые телефоны, используемые в существующей телефонной сети;
- широкополосный терминальный адаптер Ш-ТА (Terminal adapter (B-TA) позволяет устройствам типа ТО2 взаимодействовать с Ш-ЦСИС.
Рисунок 2.
Функциональные устройства и эталонные точки.
Наличие нескольких типов функциональных устройств требует для осуществления взаимодействия между ними соответствующих интерфейсов, каждый из которых имеет свой собственный протокол. Такие интерфейсы носят название эталонных точек (reference point). Определены четыре эталонные точки: R, SB, TB, и UB. Эталонная точка разделяет ТО2 и Ш-ТА и предоставляет несовместимым с Ш-ЦСИС устройствам тип Ш-ТО1. Именно таким образом модем дает возможность персональным компьютерам взаимодействовать через телефонную сеть. Взаимодействие между ТО2 и Ш-ТА определяется производителями оборудования.