Данный вопрос рассмотрим на примере наиболее распространенной и признанной эталонной модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI (ВОС).
В основу эталонной модели положена идея декомпозиции процесса функционирования открытых систем на уровни, причем разбиение на уровни производится таким образом, чтобы сгруппировать в рамках каждого из них функционально наиболее близкие компоненты. Кроме того, требуется, чтобы взаимодействие между смежными уровнями было минимальным, число уровней сравнительно небольшим, а изменения, производимые в рамках одного уровня, не требовали бы перестройки смежных. Отдельный уровень, таким образом, представляет собой логически и функционально замкнутую подсистему, сообщающуюся с другими уровнями посредством специально определенного интерфейса. В рамках модели ISO/OSI каждый конкретный уровень может взаимодействовать только с соседними. Совокупность правил и соглашений относительно способа представления данных, обеспечивающего их передачу в нужных направлениях и правильную интерпретацию данных всеми участниками процесса информационного обмена называется протоколом .
Эталонная модель содержит семь уровней (табл. 1.1):
1) физический;
2) канальный;
3) сетевой;
4) транспортный;
5) сеансовый;
6) представительный;
7) прикладной.
Таблица 1.1
Семиуровневая модель протоколов межсетевого обмена OSI
| Наименование | ||
| Прикладной | Предоставление услуг на уровне конечного пользователя: почта, теледоступ и пр. |
|
| Представительный | Интерпретация и сжатие данных |
|
| Сеансовый | Аутентификация и проверка полномочий |
|
| Транспортный | Обеспечение корректной сквозной пересылки данных |
|
| Маршрутизация и ведение учета |
||
| Канальный | Передача и прием пакетов, определение аппаратных адресов |
|
| Физический | Собственно кабель или физический носитель |
Каждый уровень передающей станции в этой иерархической структуре взаимодействует с соответствующим уровнем принимающей станции посредством нижележащих уровней. При этом каждая пара уровней с помощью служебной информации в сообщениях устанавливает между собой логическое соединение, обеспечивая тем самым логический канал связи соответствующего уровня. С помощью такого логического канала каждая пара верхних уровней может обеспечивать между собой взаимодействие, абстрагируясь от особенностей нижних. Другими словами, каждый уровень реализует строго определенный набор функций, который может использоваться верхними уровнями независимо от деталей реализации этих функций.
Рассмотрим подробнее функциональное назначение каждого уровня.
Физический уровень. Физический уровень обеспечивает электрические, функциональные и процедурные средства установления, поддержания и разъединения физического соединения. Реально он представлен аппаратурой генерации и управления электрическими сигналами и каналом передачи данных. На этом уровне данные представляются в виде последовательности битов или аналогового электрического сигнала. Задачей физического уровня является передача последовательности битов из буфера отправителя в буфер получателя.
Канальный уровень. Протоколы канального уровня занимают особое место в иерархии уровней: они служат связующим звеном между реальным каналом, вносящим ошибки в передаваемые данные, и протоколами более высоких уровней, обеспечивая безошибочную передачу данных. Этот уровень используется для организации связи между двумя станциями с помощью имеющегося в наличии канала связи. При этом станции могут быть связаны несколькими каналами. Задача протокола канального уровня – составление кадров, правильная передача и прием последовательности кадров, контроль последовательности кадров, обнаружение и исправление ошибок в информационном поле (если это необходимо).
Сетевой уровень. Сетевой уровень предоставляет вышестоящему транспортному уровню набор услуг, главными из которых являются сквозная передача блоков данных между передающей и приемной станциями (то есть выполнение функций маршрутизации и ретрансляции) и глобальное адресование пользователей. Другими словами, нахождение получателя по указанному адресу, выбор оптимального (в условиях данной сети) маршрута и доставка блока сообщения по указанному адресу.
Таким образом, на границе сетевого и транспортного уровней обеспечивается независимость процесса передачи данных от используемых сред, за исключением качества обслуживания. Под качеством обслуживания понимается набор параметров, обеспечивающих функционирование сетевой службы, отражающий рабочие (транзитная задержка, коэффициент необнаруженных ошибок и др.) и другие характеристики (защита от несанкционированного доступа, стоимость, приоритет и др.). Система адресов, используемая на сетевом уровне, должна иметь иерархическую структуру и обеспечивать следующие свойства: глобальную однозначность, маршрутную независимость и независимость от уровня услуг.
Различают следующие виды сетевого взаимодействия:
С установлением соединения - между отправителем и получателем сначала с помощью служебных пакетов организуется логический канал (отправитель - отправляет пакет, получатель – ждет получение пакета), который разъединяется после окончания сообщения или в случае неисправимой ошибки. Такой способ используется протоколом Х.25;
Без установления соединения (дейтаграммный режим) – обмен информацией осуществляется с помощью дейтаграмм (разновидность пакетов), независимых друг от друга, которые принимаются также независимо друг от друга и собираются в сообщение на приемной станции. Такой способ используется в архитектуре протоколов DARPA.
Транспортный уровень. Транспортный уровень предназначен для сквозной передачи данных через сеть между оконечными пользователями – абонентами сети. Протоколы транспортного уровня функционируют только между оконечными системами.
Основными функциями протоколов транспортного уровня являются разбиение сообщений или фрагментов сообщений на пакеты, передача пакетов через сеть и сборка пакетов. Они также выполняют следующие функции: отображение транспортного адреса в сетевой, мультиплексирование и расщепление транспортных соединений, межконцевое управление потоком и исправление ошибок. Набор процедур протокола транспортного уровня зависит как от требований протоколов верхнего уровня, так и от характеристик сетевого уровня. Наиболее известным протоколом транспортного уровня является протокол TCP (Transmission Control Protocol).
Протоколы верхних уровней. К протоколам верхних уровней относятся протоколы сеансового, представительного и прикладного уровней. Они совместно выполняют одну задачу - обеспечение сеанса обмена информацией между двумя прикладными процессами, причем информация должна быть представлена в том виде, который понятен обоим процессам. Поэтому, обычно, эти три уровня рассматривают совместно. Под прикладным процессом понимается элемент оконечной системы, который принимает участие в выполнении одного или нескольких заданий по обработке информации. Связь между ними осуществляется с помощью прикладных объектов – элементов прикладных процессов, участвующих в обмене информацией. При этом протоколы верхних уровней не учитывают особенности конфигурации сети, каналов и средств передачи информации.
Протоколы представительного уровня предоставляют услуги по согласованию синтаксиса передачи (правил, задающих представление данных при их передаче) и конкретным представлениям данных в прикладной системе. Другими словами, на представительном уровне осуществляется синтаксическое преобразование данных от вида, используемого на прикладном уровне, к виду, используемому на остальных уровнях (и наоборот).
Прикладной уровень. Основной задачей протоколов прикладного уровня является интерпретация данных, полученных с нижних уровней, и выполнение соответствующих действий в оконечной системе в рамках прикладного процесса. В частности, эти действия могут заключаться в передаче управления определенным службам ОС вместе с соответствующими параметрами. Кроме того, протоколы прикладного уровня могут предоставлять услуги по идентификации и аутентификации партнеров, установлению полномочий для передачи данных, проверке параметров безопасности, управлению диалогом и др.
LAN -интерфейсы (G0/0, G0/1, F0/0, F0/1) используются для связи с узлами (компьютерами, серверами), напрямую или через коммутаторы; WAN -интерфейсы (S1/1, S1/2) необходимы, чтобы связываться с другими маршрутизаторами и всемирной сетью Интернет . Интерфейсы могут подключаться к разным видам передающей среды, в которых могут использоваться различные технологии канального и физического уровней.
Когда адресат назначения находится в другой сети, то конечный узел пересылает пакет на шлюз по умолчанию , роль которого выполняет интерфейс маршрутизатора, через который все пакеты из локальной сети пересылаются в удаленные сети. Например, для сети 192.168.10.0/24 ( рис. 1.1) шлюзом по умолчанию является интерфейс F0/0 маршрутизатора А с адресом 192.168.10.1, а интерфейс F0/1 маршрутизатора В выполняет роль шлюза по умолчанию для сети 192.168.9.0/24. Через шлюз по умолчанию пакеты из удаленных сетей поступают в локальную сеть назначения.
При пересылке пакетов адресату назначения маршрутизатор реализует две основные функции:
Процесс выбора наилучшего пути получил название маршрутизация . Маршрутизаторы принимают решения, базируясь на сетевых логических адресах (IP-адресах ), находящихся в заголовке пакета. Для определения наилучшего пути передачи данных через связываемые сети, маршрутизаторы строят таблицы маршрутизации и обмениваются сетевой маршрутной информацией с другими сетевыми устройствами.
Ниже приведен пример конфигурирования основных параметров интерфейсов маршрутизатора R-A ( рис. 1.1). Интерфейсам маршрутизатора нужно задать IP- адрес и включить их (активировать ), т.к. все интерфейсы маршрутизаторов Cisco в исходном состоянии выключены.
R-A(config)#int f0/0 R-A(config-if)#ip add 192.168.10.1 255.255.255.0 R-A(config-if)#no shutdown R-A(config-if)# int g0/1 R-A(config-if)#ip add 192.168.20.1 255.255.255.0 R-A(config-if)#no shutdown R-A(config-if)# int s1/1 R-A(config-if)#ip add 210.5.5.1 255.255.255.0 R-A(config-if)#clock rate 64000 R-A(config-if)#no shutdown R-A(config-if)# int s1/2 R-A(config-if)#ip add 210.8.8.1 255.255.255.0 R-A(config-if)#clock rate 64000 R-A(config-if)#no shutdown
Команда clock rate переводит серийный интерфейс из исходного режима терминального устройства DTE в режим канального управляющего устройства DCE . При последовательном соединении маршрутизаторов один из двух соединяемых интерфейсов должен быть управляющим, т.е. DCE .
Остальные маршрутизаторы сети ( рис. 1.1) конфигурируются аналогичным образом.
После конфигурирования интерфейсов в таблице маршрутизации отображаются прямо присоединенные сети , что позволяет направлять пакеты, адресованные узлам в этих сетях. Кроме того, в рассматриваемом примере на всех маршрутизаторах сконфигурирована динамическая маршрутизация с использованием протокола RIP , о котором пойдет речь в "Динамическая маршрутизация" настоящего курса. Результатом конфигурирования устройств сети ( рис. 1.1) является приведенная ниже таблица маршрутизации сетевого элемента R-A:
R-A>show ip route Codes: C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2 E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area * - candidate default, U - per-user static route, o - ODR P - periodic downloaded static route Gateway of last resort is not set R 192.168.9.0/24 via 192.168.20.2, 00:00:09, GigabitEthernet0/1 C 192.168.10.0/24 is directly connected, FastEthernet0/0 C 192.168.20.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/1 R 200.30.30.0/24 via 192.168.20.2, 00:00:09, GigabitEthernet0/1 R 200.40.40.0/24 via 192.168.20.2, 00:00:09, GigabitEthernet0/1 C 210.5.5.0/24 is directly connected, Serial1/1 R 210.6.6.0/24 via 210.5.5.2, 00:00:18, Serial1/1 R 210.7.7.0/24 via 210.5.5.2, 00:00:18, Serial1/1 C 210.8.8.0/24 is directly connected, Serial1/2
В таблице символом С помечены четыре сети непосредственно присоединенные (connected) к определенным интерфейсам маршрутизатора. Сеть 192.168.10.0/24 присоединена к интерфейсу FastEthernet 0/0 (или F0/0), сеть 192.168.20.0/24 - к интерфейсу GigabitEthernet 0/1(или G0/1), сеть 210.5.5.0/24 - к интерфейсу Serial 1/1 (или S1/1), сеть 210.8.8.0/24 - к S1/2. Когда узел направляет кадр другому узлу из той же прямо присоединенной сети, то в такой пересылке шлюз по умолчанию ( интерфейс маршрутизатора) участие не принимает. Передача кадра сообщения производится непосредственно адресату с использованием МАС-адресов источника и назначения.
Маршруты могут создаваться вручную администратором (статическая маршрутизация ). Статические маршруты в таблице маршрутизации помечаются символом S (такие маршруты в приведенном примере отсутствуют). Таблица маршрутизации может также создаваться, обновляться и поддерживаться динамически (автоматически) с помощью протоколов маршрутизации.
В вышеприведенном примере маршруты к удаленным сетям помечены символом R , который указывает, что источником создания маршрутов к удаленным сетям является протокол RIP . Символом O помечаются маршруты, созданные протоколом OSPF , а символом D - протоколом EIGRP .
Перечень поддерживаемых протоколов маршрутизации можно посмотреть по команде Router(config)#router ? .
Вторая колонка (столбец) таблицы маршрутизации показывает адреса сетей, к которым проложен путь . Например, в первой строке указан маршрут к сети 192.168.9.0/24, который лежит через адрес следующего перехода ( next hop ) 192.168.20.2 и свой выходной интерфейс GigabitEthernet0/1. Таким образом, поступивший на один из интерфейсов маршрутизатора пакет, адресованный узлу в Сети 9, должен быть скоммутирован на выходной интерфейс G0/1. При адресации узлов, находящихся в других сетях, например в сети 210.6.6.0/24 или 210.7.7.0/24, в качестве выходного используется интерфейс Serial1/1.
В строке таблицы также указано значение таймера, например 00:00:09.
Кроме того, в квадратных скобках строк таблицы маршрутизации указаны, например: административное расстояние - 120 и метрика - 1. Административное расстояние (AD ) показывает степень достоверности (доверия) источника маршрута. Чем меньше AD , тем выше достоверность . Маршруты, созданные администратором вручную (статические маршруты), характеризуются значением AD = 1.
Источники (протоколы) маршрутизации имеют различные заданные по умолчанию административные расстояния (табл. 1.1).
| Источник (Протокол) | Административное расстояние | Источник (Протокол) | Административное расстояние |
|---|---|---|---|
| Connected | 0 | OSPF | 110 |
| Static | 1 | IS-IS | 115 |
| eBGP | 20 | RIP | 120 |
| EIGRP | 90 | EIGRP (External) | 170 |
Если на маршрутизаторе функционирует несколько протоколов, то в таблицу маршрутизации устанавливается маршрут , проложенный протоколом с наименьшим значением административного расстояния. В последней строке таблицы указано, что административное расстояниеEIGRP увеличено до 170, когда маршрут получен от внешнего (стороннего) маршрутизатора. Такой маршрут в таблице маршрутизации помечается символом D*EX .
Определение наилучшего (оптимального) пути любым протоколом маршрутизации производится на основе определенного критерия - метрики . Значение метрики используется при оценке возможных путей к адресату назначения. Метрика может включать разные параметры, например: количество переходов (количество маршрутизаторов) на пути к адресату, полосу пропускания канала, задержку, надежность , загрузку, обобщенную стоимость и другие параметры сетевого соединения. В вышеприведенной распечатке команды show ip route для маршрутов, созданных протоколом RIP , значение метрики равно 1. Это означает, что расстояние до маршрутизатора, к которому присоединена сеть назначения, составляет один переход. Наименьшая метрика означает наилучший маршрут. Метрика статического маршрута всегда равна 0.
Каждый интерфейс маршрутизатора подключен к сети (подсети), имеющей свой логический IP- адрес . Широковещательные сообщения передаются только в пределах сети или, по-другому, в пределах широковещательного домена. Поэтому говорят, что маршрутизаторы делят сеть на широковещательные домены . Маршрутизаторы блокируют широковещательные сообщения и не пропускают их в другие сети. Деление сети на широковещательные домены повышает безопасность , поскольку широковещательный шторм может распространяться только в пределах домена (в пределах одной сети).
Когда на один из интерфейсов маршрутизатора (входной интерфейс ) поступает пакет, адресованный узлу из другой присоединенной сети, он продвигается на выходной интерфейс , к которому присоединена сеть назначения.
Получив кадр на входной интерфейс, маршрутизатор:
Подобная последовательность действий, выполняемая центральным процессором (ЦП) маршрутизатора, получила название программной коммутации . Она выполняется с каждым пакетом, поступившим на
ТЕМА 4. ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ В КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ
2. Организация межсетевого взаимодействия.
1. Эталонная модель внутри- и межсетевого взаимодействия.
Таблица 2 - Семиуровневая модель (стек) протокола межсетевого обмена
OSI (International Standard Organization )
| № уровня | Наименование уровня | |
| Уровень приложений (пользовательский) | Предоставление услуг на уровне конечного пользователя: электронная почта, теледоступ, www |
|
| Уровень представления данных | Интерпретация и сжатие данных |
|
| Уровень сессии | Аутентификация и проверка полномочий |
|
| Транспортный уровень | Обеспечение корректной сквозной пересылки данных |
|
| Сетевой уровень | Маршрутизация и ведение учета |
|
| Канальный уровень | Передача и прием пакетов, определение аппаратных адресов |
|
| Физический уровень | Кабель или физический носитель |
Характеристика уровней
1. Физический уровень определяет характеристики физической сети передачи данных, которая используется для межсетевого обмена. Параметры: напряжение в сети, сила тока, число контактов на разъемах, устойчивость к электрическим, магнитным и другим полям. В качестве среды передачи данных используется медный провод (экранированная /защищенная витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконный проводник и радиорелейная линия). Физический уровень осуществляет соединение, расторжение, управление каналом, определяет скорость передачи данных, топологию сети и т.д. Информация на этом уровне представлена в виде кадров.
2. Канальный уровень представляет собой комплекс процедур и методов управления каналом передачи данных. На этом уровне формируются пакеты данных. Каждый пакет содержит адрес источника, место назначения и средства обнаружения ошибок. На канальном уровне работают протоколы взаимодействия между драйверами устройств.
3. Сетевой уровень устанавливает связь между 2мя абонентами. Соединение устанавливается благодаря функции маршрутизатора. Основная задача – маршрутизация данных. Маршрутизатор определяет, для какой сети предназначено сообщение, используя адрес узла и таблицы маршрутов. К данному уровню относятся протоколы, которые отвечают за отправку и получение данных. Информация трансформируется во фреймы.
4. Транспортный уровень поддерживает непрерывную передачу данных между взаимодействующими пользователями. Этот уровень является связующим звеном между нижними и верхними уровнями и разделяет средства формирования данных в сети от средств их передачи. Здесь осуществляется разделение информации по определенной длине и уточняется адрес назначения. Позволяет мультиплексировать сообщения или соединение. Используется TCP / IP протокол.
5. Уровень сессии осуществляет управление сеансами связи между 2мя прикладными пользовательскими процессами. Содержатся дополнительные функции: управление паролями, подсчет платы за пользование ресурсами сети, управление диалогом.
6. Уровень представления данных управляет представлением данных в необходимой для программы пользователя форме, осуществляет генерацию процессов, кодирование и декодирование данных.
7. Уровень приложений (пользовательский) определяет протоколы обмена данными прикладных программ, выполняет вычислительные, информационно-поисковые работы, логические преобразования информации и передачу почтовых сообщений.
На разных уровнях обмен информацией происходит в различных единицах: биты – фреймы – кадры – пакеты - сеансовые сообщения - пользовательские сообщения.
Протокол передачи данных требует следующей информации:
1. Инициализация (установление соединения между взаимодействующими партнерами);
2. Синхронизация (механизм распознавания начала и окончания блока данных);
3. Блокирование (разбиение передаваемой информации на блоки данных строго определенной максимальной длины);
4. Адресация (обеспечивает идентификацию различного используемого оборудования данных, которое обменивается друг с другом информацией во время взаимодействия);
5. Обнаружение ошибок (установление битов четности и вычисление контрольных битов);
6. Нумерация блоков (позволяет установить ошибочно передаваемую или потерявшуюся информацию);
7. Методы восстановления (используются для повторной передачи данных);
8. Разрешение доступа (происходит распределение, контроль, управление доступом к данным).
2. Расмотрим организацию межсетевого взаимодействия.
В глобальных сетях связь между локально-вычислительными сетями осуществляется посредством мостов. Мосты представляют собой программно-аппаратные комплексы, которые соединяют локально-вычислительные сети между собой, а также локально-вычислительные сети и удаленные рабочие станции. Мост определяется как соединение между 2мя сетями, которые используют одинаковый протокол взаимодействия, тип среды передачи и одинаковую структуру адресации. Мосты бывают:
Внутренние (расположены на файловом сервере);
Внешние (расположены на рабочей станции);
Выделенные (используются только как мост и не могут быть рабочей станцией);
Совмещенные (могут функционировать и как мост, и как рабочая станция);
Локальные (передают данные между сетями, которые расположены в пределах ограничений кабеля по расстоянию);
Удаленные (применяются, когда расстояние позволяет соединять сети посредством кабеля и используются в качестве промежуточной среды передачи данных).
В Интернете возможны два режима информационного обмена – это on - line и off - line . Первый термин переводится как “на линии”, а второй – “вне линии”. Имеется ввиду не просто существование линии, а наличие соединения по имеющейся линии связи.
О n - line отвечает постоянному соединению пользователя с сервером провайдера. Открывая Web -странички, отправляя сообщения по электронной почте, участвуя в телеконференциях, пользователь все время остается подключенным к сети. Пользователь может получать информацию из сети и немедленно на нее реагировать, поэтому on - line – это режим реального времени.
О ff - line - это режим “отлаженной связи”. Пользователь передает порцию информации или получает ее в течение коротких сеансов связи, между которыми компьютер отключен от Интернета. Этот режим более экономичен, чем О n - line . В режиме О ff - line выполняется, например, работа с сообщениями электронной почты и с группами новостей.
2. Общие сведения об ISDN. Цифровые интегральные сети связиЦифровая сеть с интеграцией служб ISDN представляет собой разновидность сети связи, в которой производится передача речи, данных, текста и изображений между сетевыми точками доступа в цифровом виде. CCITT* определяет ISDN как:
"Сеть, полученную из телефонии IDN, которая обеспечивает цифровое соединение для предоставления широкого диапазона услуг, к которому пользователи имеют доступ с помощью ограниченного ряда стандартных многоцелевых интерфейсов "пользователь – сеть ".
ISDN базируется на цифровой телефонной сети, называемой интегральной цифровой сетью IDN, которая включает в себя:
ISDN обеспечивает цифровые соединения. Это означает, что терминалы и абонентские линии являются цифровыми. Цифровая коммутация реализует более качественную и гибкую передачу информации по сравнению с аналоговой коммутацией.
ISDN предоставляет все существующие телекоммуникационные услуги, а также сможет предоставлять перспективные услуги в будущем.
Пользователи ISDN имеют доступ к различным видам услуг посредством стандартных интерфейсов "пользователь – сеть " независимо от запрашиваемой услуги.
Некоторыми другими характеристиками ISDN являются:
До недавнего времени существовали раздельные сети для передачи голоса и различных видов данных, абоненты имели отдельные каналы доступа к различным сетям и услугам (рис. 2.1).
ISDN предоставляет абонентам доступ к этим услугам (как разговорным, так и не разговорным) по одной цифровой абонентской линии. Эти службы, в некоторых случаях зависящие от типа терминала, являются доступными абоненту посредством одного терминала (рис. 2.2).
Доступ имеет ряд разделенных во времени информационных каналов и отдельный канал для сигнализации.
ISDN может также функционировать как шлюзовая сеть, подключенная к другим выделенным сетям, таким как сеть передачи данных с коммутацией пакетов и телефонная сеть (рис. 2.3).
ISDN может быть географически расширена по территории всей страны, использоваться в ограниченной географической местности или применяться для отдельного ведомства.
Абонент ISDN одновременно может наблюдать изображение на терминале видеотекса и беседовать с клиентом по телефону. Это является примером объединения (интеграции) данных и речи, передаваемых по одной и той же абонентской линии. Следует отметить, что линия, используемая для такой интегрированной связи, представляет собой существующий двухпроводный абонентский шлейф.
Существуют два типа доступов "пользователь – сеть", регламентируемых CCITT. Они приспособлены к особым ситуациям нагрузки трафика с установленным количеством каналов коммутации.
Основной доступ используется при малых нагрузках трафика. Обычно он включает один канал сигнализации (D) и два информационных канала (В). Примером абонентской связи через основной доступ является частный дом или предприятие малого бизнеса. Основной доступ использует общую двухпроводную абонентскую линию (рис. 2.4).
Этот доступ может применяться при большем трафике, чем при основном доступе. Двумя примерами устройств, которые могут быть подключены к первичному доступу, являются ISDN учрежденческая АТС (ISPBX) и ISDN-мультиплексор (MUX – Multiplexer) – IMUX. ISРВХ может быть соединена с ISDN через один или несколько первичных доступов в зависимости от трафика, поступающего от ISРВХ. IMUX соединяется с ISDN через один первичный доступ.
Первичный доступ может иметь любую из следующих комбинаций каналов абонентского доступа (рис. 2.5):
Канал сигнализации для первичного доступа может быть расположен в другом первичном доступе. Тогда такой первичный доступ будет содержать только информационные каналы.
Две структуры доступа "пользователь-сеть", описанные выше, основаны на звеньях коммутации, уже существующих в телефонной сети общего пользования (PSTN).
Обычная двухпроводная абонентская линия используется для основного доступа и такая способность линии ограничивает ряд каналов пользовательского доступа двумя информационными каналами и одним каналом сигнализации.
Первичный доступ основан на ИКМ - звеньях, уже используемых в телефонных сетях. Существует два типа систем с ИКМ, одна со скоростью передачи 2048 кбит/с, а другая – 1544 кбит/с.
Система ИКМ со скоростью 2048 кбит/c имеет максимум 31 канал, а система ИКМ со скоростью 1544 кбит/с – 24 канала.
В традиционной телефонной сети пользователь связывается с центральным коммутатором (АТС) через абонентскую линию. Местная абонентская линия состоит из одного аналогового канала, применяемого для передачи по сети сигналов (например, при наборе телефонного номера), и информации (разговора, звука, видеоинформации или двоичных данных).
В ISDN местная абонентская линия передает только цифровые данные, хотя она может быть любого типа, доступного в современной коммуникационной среде. Местная линия ISDN связывает оборудование пользователя с аппаратурой местной станции. Абонентская линия ISDN состоит из отдельных логических каналов, которые можно комбинировать для предоставления пользователю интерфейса с ISDN. Эти логические каналы разделяются на три типа. При передаче по местной абонентской линии каждому каналу отводится свой интервал времени. Для этого используется процесс мультиплексирования с разделением по времени. Кроме того, каналам ISDN присваивается категория согласно их использованию (передача сигналов или передача данных) и в соответствии со стандартной скоростью передачи данных по каналу конкретного типа.
Различные типы каналов абонентского доступа ISDN представлены в табл. 2.1.
Таблица 2.1 – Типы каналов ISDN
Основным назначением D – канала является перенос через ISDN информации сигнализации, относящейся к контролю соединений коммутации каналов.
D – канал переносит информацию о сигнализации между терминалом и местной станцией ISDN в двух направлениях. На станции информация сигнализации направляется непосредственно к управляющему устройству системы коммутации для установления соединения.
Хотя информация сигнализации имеет наибольший приоритет по D – каналу, существует возможность передачи по этому каналу других видов информации.
Сообщения между абонентами также посылаются по D – каналам. Это краткие текстовые сообщения, передаваемые между двумя пользовательскими терминалами. Такие сообщения подвергаются контролю на станции, но не обрабатываются. Они непосредственно передаются принимающему терминалу. D – канал также может использоваться для передачи ограниченного количества пакетов данных, предназначенных для коммутации, через ISDN пакетному манипулятору сети передачи данных с коммутацией пакетов.
В – канал предназначен для переноса широкой разновидности цифровой информации между терминалом и местной станцией ISDN в двух направлениях. Поэтому В – канал продолжается от местной станции ISDN непосредственно через сеть ISDN по направлению к другой местной станции ISDN, а далее к назначенному терминалу.
Примерами информации, переносимой по В – каналу, являются закодированный (ИКМ) речевой сигнал и цифровые данные.
В – каналы имеют битовую скорость 64 кбит/с, тогда как для D – канала существуют две битовые скорости.
Когда D – канал используется в качестве канала сигнализации для основного доступа, для двух В – каналов достаточно иметь скорость 16 кбит/с с целью передачи информации сигнализации, а также для управления ограниченным количеством информации, передаваемой между абонентами.
Первичный доступ содержит до 30-ти В – каналов и соответственно требуется больший объем информации для передачи сигнализации. D – канал для первичного доступа имеет битовую скорость 64 кбит/с.
Заметим, что D – и В – каналы являются полностью дуплексными.
Первичный интерфейс может быть использован для поддержки Н – каналов. Некоторые из этих структур включают в себя D – канал со скоростью передачи 64 кбит/с для контроля сигнализации. Когда D – канал отсутствует, то считается, что D – канал по другому первичному интерфейсу при таком же расположении абонента будет обеспечивать любую требуемую сигнализацию. Высокая битовая скорость Н – канала может быть использована, например, при факсимильной связи или передаче видеоинформации. В настоящее время определены три Н – канала:
Термин "абонент " обозначает человека. Потребитель ISDN тоже является человеком. Термин "пользователь " обозначает как человека, так и компьютер, представленный потребителем для использования услуг и удобств сети. По умолчанию термин "пользователь" обозначает терминал ISDN.
Оборудование абонента ISDN может быть классифицировано в соответствии с рис. 2.6.
Рис. 2.6. Группы функционального оборудования:
ТЕ 1 - оконечное оборудование 1-го типа;
ТЕ 2 - оконечное оборудование 2-го типа;
ТА - оконечный адаптер;
NT - сетевое окончание
Специальные групповые функции могут быть образованы одной или несколькими частями оборудования. Также несколько функциональных групп могут быть представлены в одной части оборудования.
Существуют ISDN - терминалы, начиная от самых простых речевых телефонных аппаратов до комплексных универсальных компьютеров.
Примеры терминалов ISDN:
Приведем некоторые из новых дополнительных услуг, обеспечиваемых терминалами ISDN:
Терминал ISDN имеет интерфейс непосредственно к ISDN, который реализуется в соответствии со стандартом пользовательских интерфейсов. В терминал также включена некоторая логика (в микропроцессоре) для управления межсетевым взаимодействием со станцией ISDN.
Обычно такой терминал имеет в качестве минимального оборудования телефонную трубку, устройство для цифрового набора номера, дисплей для текстовых сообщений и номера телефонов абонентов и, возможно, клавиатуру для набора текстовых сообщений.
Терминалы типа ТЕ2 имеют интерфейсы, которые выполнены в соответствии с рекомендациями, отличными от ISDN-рекомендаций. Примером ТЕ2 является обычный аналоговый телефонный аппарат.
Оконечный адаптер (терминальный адаптер – Terminal Adapter – ТА) снабжает не ISDN - терминал (ТЕ2) дополнительным аппаратным и программным обеспечением с целью соответствия стандарту ISDN-интерфейсов.
Существуют следующие типы оконечных адаптеров:
Оконечный адаптер преобразует контрольные сигналы, используемые терминалом, в протокол, применяемый для передачи контрольных сообщений по каналу сигнализации, а также изменяет скорость и формат оконечных данных терминала (для передачи по каналам коммутации ISDN).
Совокупность ТА и ТЕ2 обеспечивает выполнение функций, аналогичных ТЕ1. Примером ТА является плата расширения и программное обеспечение для адаптации ПК к стандартному интерфейсу ISDN. Программное и аппаратное обеспечение ТА позволяет абоненту использовать экран и клавиатуру ПК для набора номера и управления сообщениями. ТА допускает выбор информационных каналов и подключение через плату расширения микротелефонной трубки к ПК.
Основные функции оконечного адаптера:
Сетевое окончание работает в качестве узла адаптации между терминалами или оконечными адаптерами и цифровой абонентской линией. Сетевое окончание располагается в помещении абонента.
NT1 содержит микропроцессор для контроля битовых потоков и управления ситуациями столкновения (коллизиями), которые происходят, когда несколько терминалов одновременно передают информацию по каналу сигнализации. Отметим, что есть несколько различных типов NT1 в зависимости, в основном, от количества информационных каналов.
Основные функции NT1:
Цифровая абонентская линия обеспечивает полную дуплексную передачу по одной металлической витой паре со скоростью, достаточной для поддержки работы ISDN при наличии двух информационных каналов и одного канала сигнализации. Физическое окончание цифровой абонентской линии на конце сети называется линейным окончанием (LT). Физическое окончание на абонентском конце называется сетевым окончанием (NT), как показано на рис. 2.7.
Цифровой битовый поток, передаваемый в каждом направлении по цифровой абонентской линии, разделяется во времени для обеспечения нескольких каналов абонентского доступа.
Так называемая пассивная шина соединяет до 8-ми терминалов с сетевым окончанием (NT1), как показано на рис. 2.8.
Шину называют пассивной, потому что прямую связь между терминалами по шине осуществить невозможно, не пройдя вначале через коммутационную станцию.
NT2 является функциональной группой с большим числом функций, таких как коммутация и обработка информации сигнализации.
Функции устройства NT2 может выполнять учрежденческая АТС ISPBX или же локальная сеть (LAN – Local Area Network). NT2 требует применения NT1 для адаптации к линии передачи. NT1 в этом случае отличается от NT1, упоминаемого ранее. Оно соединяется с ISDN по звену с числом каналов, большим чем 3, используемых в цифровой абонентской линии.
Основные функции NT2 включают:
Для больших компаний со многими телефонными расширениями учрежденческая ISDN АТС (ISРВХ) может обеспечивать коммутационные функции, концентрацию трафика и другие возможности.
ISРВХ функционально мало отличается от ISDN местной станции, как показано на рис. 2.9.
Для удаленной группы пользователей ряд абонентских линий может быть уплотнен в мультиплексоре IMUX, подсоединенном к местной станции ISDN по уплотненному звену высшего порядка (рис. 2.10).
Информационные каналы, организуемые по абонентским линиям, будут иметь фиксированные канальные позиции в звене по направлению к ISDN.
Функциональные группы, описанные выше, могут быть скомбинированы различными способами. CCITT определил рекомендуемые конфигурации для стандартных комбинаций функциональных групп. Эти конфигурации полезны при идентификации различных возможных физических установок абонентского доступа к местной ISDN-станции.
В рекомендуемых конфигурациях используют 5 опорных точек, но только 3 из них к настоящему времени стандартизированы CCITT. Опорные точки отделяют различные функциональные группы и иногда соответствуют физическому интерфейсу между частями оборудования.
Опорная точка S отделяет ISDN-терминал (ТЕ1) от NT1 и соответствует пассивной шине.
Не ISDN-терминал (ТЕ2) соединяется через ТА с опорной точкой S. В этом случае существует опорная точка R между не ISDN-терминалом и ТА. Эта опорная точка отображена в X- или V- рекомендациях CCITT в зависимости от типа ТЕ2.
Две функциональные группы на местной станции, линейное окончание (LT) и станционное окончание (ЕТ) не имеют оконечного CCITT стандарта. То же самое применяется к опорной точке V, отделяющей LT от ЕТ. LT, однако, является окончанием звена коммутации на станции и должно выполнять, по крайней мере, функции передачи и приема на данном конце звена. ЕТ должно поддерживать обработку контроля вызова и управление звеном коммутации, но соответствующий стандарт CCITT не разработал.
И наконец, опорная точка U, расположенная между абонентским и станционным оборудованием, соответствует звену коммутации и представляется посредством двухпроводной цифровой абонентской линии.
Отличие заключается в том, что в данную конфигурацию включается функциональная группа NT2, а связь с местной ISDN-станцией осуществляется через звено с большей передающей способностью, чем у цифровой абонентской линии, используемой в первой конфигурации, что соответствует первичному доступу.
NT2 включает в себя больше функций, чем NT1 и соединяется через NT1 со звеном коммутации. Опорная точка Т разделяет две функциональные группы, но существуют также применения, в которых функции NT1 и NT2 интегрированы так, что опорная точка Т исчезает.
Опорная точка U на рис. 2.12 соответствует интерфейсу звена коммутации с большим числом каналов коммутации, чем в первой рекомендуемой конфигурации.
В общем случае при подключении к ISDN различного оборудования используется ряд опорных точек (интерфейсов) – R, S, T, U, как показано на рис. 2.13.
Назначением сигнализации в ISDN является передача контрольной информации в узлы коммутации для установления вызова и контроля вызова через сеть ISDN.
Сигнализация в сети ISDN является гораздо более всесторонней и мощной, чем сигнализация в сети PSTN. Способность ISDN управлять множеством различных услуг ставит новые требования к возможностям сигнализации.
Сигнализация ISDN может быть разделена на 2 типа, как показано на рис. 2.14.
Первый тип используется между абонентским терминалом и местной ISDN-станцией.
Эта сигнализация использует D – канал по цифровой абонентской линии и называется цифровой абонентской системой сигнализации 1 (DSS 1).
Второй тип сигнализации применяется между станциями. Стандартизированная система сигнализации по общему каналу №7 (SS7) используется для доставки контрольной информации всем включенным в сеть ISDN - станциям.
Следует отметить, что хотя контрольная информация имеет наивысший приоритет по каналу D, существует возможность передачи информации от пользователя к пользователю. Это означает, что SS7 также используется для управления информацией между абонентами. В этом случае станция ISDN выполняет функцию транзита сигнализации без ее обработки (функция транзакций).
Информация, переносимая в ISDN, имеет цифровую форму и классифицируется как информация пользователя и контрольная информация (рис. 2.15).
Контрольная информация отделяется от информации пользователя и обрабатывается на станции (фирмы "Ericsson"). Информация пользователя коммутируется через сеть к пользователю.
Информация пользователя передается между пользователем и местной ISDN-станцией либо по В – каналу, либо по D – каналу в зависимости от информационных характеристик.
Примерами пользовательской информации, передаваемой по В – каналу, являются:
Примеры пользовательской информации, передаваемой по
D – каналу:
Информация между абонентами, переносимая при установлении вызова с помощью сообщений канала D, также переносится сообщениями установления вызова пользовательской подсистемы ISDN (ISUP).
Сообщения в процессе вызова передаются по тому же пути сигнализации, который был организован при установлении соединения для вызова.
Анализ номера абонента не нужен, так как путь сигнализации все еще существует в памяти процессора.
Контрольная информация всегда передается по D – каналу. Она представляет собой информацию, которая требуется ISDN, сети взаимодействия или же терминалу для установления, осуществления или модификации соединения через ISDN.
Другой характеристикой ISDN является метод, используемый для сообщения пользователям ситуаций, встречающихся в сети. В телефонии сеть информирует абонента о действиях в сети посредством звуковых сигналов и объявлений. Сигнал занятости и сигнал набора номера являются их примерами. ISDN дополняет эти сигналы объявлениями с описательными текстовыми сообщениями, посылаемыми по D – каналу. Сеть может переслать в абонентский терминал полный текст.
В ISDN интерфейс "пользователь – сеть" является полностью цифровым. В– и D–каналы, исходящие от пользователя, заканчиваются и разделяются на местной станции, как показано на рис. 2.15.
Информация пользователя из В – канала передается к оконечным пользователям через сеть коммутации. Пользовательская информация из D – каналов передается к оконечным пользователям путем использования сети сигнализации по общему каналу. Контрольная информация используется местной станцией для соединения и контроля установления соединения. Она также включает межстанционную сигнализацию, используя сеть сигнализации по общему каналу.
Местная ISDN-станция обладает функциями разделения, коммутации и контроля, которые обеспечиваются ISDN-услугами. Однако данной станцией не обязательно обеспечиваются все услуги. Услуга, обеспечиваемая станцией, может быть использована где угодно в сети. Местная станция является также ответственной за установление соответствующего соединения с другой станцией.
Соединения в ISDN могут быть коммутируемыми и некоммутируемыми. Некоммутируемые соединения являются или постоянными, или полупостоянными. Кабельные соединения между оборудованием в основном рассматриваются как постоянные соединения. Соединения между терминалами потребителя, которые устанавливаются, поддерживаются и освобождаются оператором сети, являются полупостоянными соединениями.
В ISDN потребитель может временно сбрасывать полупостоянное соединение. В будущем потребитель ISDN сможет также устанавливать полупостоянные соединения из терминала. Коммутируемое соединение осуществляется либо с использованием коммутации каналов, либо пакетов.
Соединения с использованием коммутации каналов предназначены для речи, голосовых и цифровых данных. Соединения с использованием пакетной коммутации применяются для цифровых данных.
Информация в этом случае – канально–коммутационные перемещения по выделенному тракту. Этот тракт должен быть установлен посредством отдельного тракта сигнализации. Информация, передаваемая по соединению, организованному посредством коммутации каналов, непосредственно переносится через сеть без накопления по всему тракту, как показано на рис. 2.16.
Данные обычно передаются в пакетах. Между пакетами должны поддерживаться соединения: они могут быть установлены или разрушены для каждого пакета импульсов.
Рис. 2.16. Звено канальной коммутации (обслуживает только одно соединение)
Соединение пакетной коммутации в действительности не является соединением. Коммутационным терминалам дается восприятие того, что соединение существует. Информация переносится в пакетах, как показано на рис. 2.17.
Информация пакетной коммутации содержит в виде части пакета информацию об адресе. Каждый пакет должен быть сохранен, обработан и направлен с помощью пунктов коммутации.
Основные преимущества пакетной коммутации:
Существуют два подхода к пакетной коммутации. Это "датаграмма " и "виртуальное соединение ". Фундаментальным различием между ними является способ адресации информации в каждом пакете и обработка в сети. ISDN использует коммутацию пакетов виртуального канала.
Первый пакет при установлении соединения (запрос вызова) содержит адрес оконечного пункта назначения, как показано на рис. 2.18.
Этот пакет устанавливает логическое соединение или канал (виртуальное соединение или канал) через сеть по направлению к пункту назначения по невыделенному пути. В каждом звене соединению присваивается номер логического канала. Этот номер используется как адрес для последующих пакетов данных.
Так как маршрут фиксируется для поддержания логического соединения, это подобно каналу в соединении канальной коммутации и соответствует виртуальному соединению. На рис. 2.19 наблюдаем 2-а виртуальных соединения: одно от станции А к станции В, а другое – от станции С к станции D (показаны пунктиром).
Для осуществления соединения канальной коммутации выделяется специальный путь. В случае наличия виртуального соединения этот путь может использоваться также для других соединений посредством интерливинга (чередования) пакетов. Указанный путь не является выделенным. Каждый пакет содержит в заголовке идентификатор виртуального соединения и данные.
Каждый пункт коммутации "знает" по ранее установленному маршруту, куда направить входящие пакеты. Решения маршрутизации не требуется. Однако, пакеты должны быть сохранены и обработаны в каждом узле коммутации и по очереди направлены в исходящую линию.
Датаграмму используют при отсутствии виртуального соединения. Каждый пакет посылается с полным номером абонента В, который анализируется в каждом узле коммутации. Пакеты могут перемещаться по различным путям в сети и прибывать в разном порядке.
Система ISDN-нумерации базируется на существующем плане телефонной нумерации. Существует отдельная система нумерации для выделенных сетей данных. Трафик между ISDN и выделенными сетями требует выполнения ряда преобразований на исходной стороне.
Полный международный ISDN-номер составляется из переменного числа десятичных цифр, расположенных в поле специального кода (рис. 2.20).
Номер включает в себя идентификацию определенной страны или географического региона. Также могут быть идентифицированы ISDN или другие сети в этих странах или географических регионах. ISDN-адрес может также содержать подадрес, который непосредственно посылается через сеть и используется терминалом пользователя.
Номером телефона абонента ISDN обычно является номер, указанный в списке абонентов против фамилии абонента. Номера назначаются из диапазона абонентских номеров, доступных на местной ISDN-станции.
Номера абонентов используются для:
Номера абонентов могут храниться в терминале. Номера ISDN могут назначаться абонентам с разным типом оборудования. Номер используется скорее для идентификации линии, а не оборудования. Основной доступ мог бы быть нормально назначен одному абонентскому номеру. Однако, максимально возможное число абонентских номеров, назначенных основному доступу, равно 8. В случае первичного доступа номер абонента мог бы представить все В–каналы по этому доступу, часть доступа или только один канал по доступу.
Вызывающий ISDN-терминал обычно включает свой собственный ISDN-номер и иногда также подадрес в запрос установления вызова, который он посылает в сеть. На местной станции номер вызывающего абонента используется для оплаты и для проверки, к какой из услуг абонент обратился. Если ни один номер не посылается, сеть будет использовать номер по умолчанию.
ISDN-номер, посланный из вызывающего терминала, не идентифицирует частную телекоммуникационную услугу, требуемую потребителем. Описание требуемой услуги должно быть подано в сеть вызывающим терминалом в информации сигнализации. Так как ISDN предназначена для многих типов трафиков и услуг, то от вызывающего пользователя в сеть должна передаваться информация о том, как следует управлять соединениями.
Вызов направляется на вызываемую местную станцию, где и происходит идентификация цифровой абонентской линии. Местная станция выполняет анализ категории вызываемого абонента. Информация об этой категории, хранимая на местной станции, описывает характеристики терминала и услуги (атрибуты), к которым имеет доступ абонент. Информация о номере абонента и требованиях к обслуживанию вызывающего абонента переносится через сеть к вызываемым терминалам.
Вызываемый терминал примет вызов, если он:
У вызываемого терминала может быть:
Терминалы, совместимые с требуемым абонентским номером, могут принять вызов. Совместимые терминалы без номеров также могут способствовать вызову.
Межсетевое взаимодействие необходимо для абонентов ISDN с целью связи с абонентами других сетей, как показано на рис. 2.21. Некоторое время проблема организации межсетевого взаимодействия между ISDN и другими сетями была сложной.
Несмотря на использование ISDN в различных государственных структурах, услуги и атрибуты услуг могут отличаться.
Типичные функции межсетевого взаимодействия включают:
Основные проблемы взаимодействия, возникающие при связи между ISDN и телефонной сетью общего пользования (PSTN), обусловлены несовместимостью систем сигнализации и методов передачи.
В ISDN детальная информация о запрашиваемой услуге и совместимости терминалов может передаваться вне канала через сеть от терминала к терминалу. Это является характеристикой систем сигнализации, применяемых в ISDN. "Вне канала" означает, что информация сигнализации и пользовательская информация передаются по отдельным путям. Системы сигнализации, используемые в PSTN, не имеют такой способности. Через PSTN в ISDN может быть передана только ограниченная информация о запрашиваемой услуге.
Кроме того, цифровые данные со скоростью 64 кбит/с или со скоростью, адаптированной к 64 кбит/с, передаются через ISDN со скоростью 64 кбит/с. Но в PSTN цифровые данные должны быть преобразованы в аналоговые посредством модема и переведены через PSTN как 3,1 кГц аудио – информация (рис. 2.22).
Рис. 2.22. Преобразование цифровых данных в аналоговые сигналы звуковой частоты
Прежде, чем передать сигналы в ISDN, аудио – информация 3,1 кГц должна быть преобразована в ИКМ – сигналы. В связи с использованием различной техники передачи возникает ситуация несовместимости. В настоящее время этой несовместимостью можно управлять (рис. 2.23).
Преобразование цифровых данных в ИКМ – кодированные аналоговые данные выполняется у потребителя с помощью модема. Аудио–информация 3,1 кГц переносится от ISDN-абонента через ISDN и PSTN к абоненту PSTN.
Трафик между ISDN и сетью передачи данных с коммутацией пакетов общего пользования (PSPDN) может быть представлен двумя способами, определенными CCITT как случай А и случай В.
В случае А терминалы, передающие пакеты в ISDN, соединяются с помощью информационных каналов с сетью коммутации пакетов. Пакетная коммутация используется в PSPDN даже для вызовов между двумя терминалами, передающими пакеты в ISDN.
В случае В используются средства пакетной коммутации в пределах ISDN. Функция "циклового манипулятора" на местной станции ISDN направляет и концентрирует пакетные данные, полученные по D – каналу, к Вd – каналам. Вd – канал является В – каналом, который содержит пакетные данные из 4 D – каналов. Содержимое Вd – каналов направляется через ISDN в "пакетный манипулятор", который соединяется с PSPDN, как показано на рис. 2.24.
Взаимодействие с сетью передачи данных с коммутацией каналов общего пользования также возможно. Коммутация может быть внедрена в CSPDN или внутри ISDN, как показано на рис. 2.25.
Другая возможность – это доступ к CSPDN через PSPDN.
Телефония (рис. 2.26): пользователь ISDN имеет доступ к другому пользователю ISDN (по пути а) и также ко всем абонентам PSTN (по пути b). Для телефонии требуется один В – канал.
Передача сообщений (рис. 2.27): пользователи ISDN могут осуществлять связь посредством посылки текстовых сообщений. Для передачи сообщений используют D – канал и сообщение отображается на дисплее терминала.
Передача данных (рис. 2.28): пользователи ISDN могут осуществлять связь друг с другом (по пути а) или иметь доступ к базе данных / главному компьютеру, расположенному в ISDN (по пути b). При передаче данных используют В – или D – канал. В этом случае может коммутироваться как канал, так и пакет.
Передача данных в
PSTN (рис. 2.29):
пользователи ISDN могут иметь доступ к
базе данных / главному компьютеру, расположенному в PSTN, посредством
использования устройства сопряжения сетей (IWU), находящегося в ISDN.
Используется
В – канал. В этом случае коммутируется канал.
Передача данных в PSPDN (рис. 2.30): пользователь ISDN может иметь доступ к базе данных / главному компьютеру, расположенному в PSPDN, посредством использования циклового манипулятора (FM) и пакетного манипулятора (РН), расположенного между ISDN и PSPDN. При передаче данных используется D – канал и коммутируется пакет.
Для того, чтобы суммировать возможности доступов, важно подчеркнуть, что современные местные станции оборудуются так, чтобы управлять всеми типами доступов. Это показано на рис. 2.31.
Каждая часть управляет определенным типом абонентской линии с ее типом сигнализации.
Существуют четыре типа абонентского доступа:
Аналоговый доступ (ANSA). ANSA ограничивает абонентов, связанных в аналоговом режиме 2-х- проводной линией (а/в).
Основной доступ (ВRА). ВRА использует такие же 2-х- проводные абонентские линии как и ANSA для соединений с цифровыми устройствами. Ряд основных доступов можно уплотнить по первичному доступу, используя при этом ISDN – мультиплексор (IMUX).
Первичный доступ (PRA). PRA использует поток 2 Мбит/с для связи с цифровой ISPBX, используя сигнализацию по D – каналу.
Прямой доступ к РBX (DPA). DPA использует поток 2 Мбит/с с сигнализацией по выделенному каналу. В данном случае соединения осуществляются прямо к групповой ступени коммутации.
Реализация межсетевого взаимодействия средствами TCP/IP
-Многоуровневая структура стека TCP/IP
В стеке TCP/IP определены 4 уровня (рис. 5.5). Каждый из этих уровней несет на себе некоторую нагрузку по решению основной задачи - организации надежной и производительной работы составной сети, части которой построены на основе разных сетевых технологий.
Рис. 5.5. Многоуровневая архитектура стека TCP/IP
-Уровень межсетевого взаимодействия
Стержнем всей архитектуры является уровень межсетевого взаимодействия, который реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединений, то есть дейтаграммным способом. Именно этот уровень обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя тот маршрут, который в данный момент является наиболее рациональным. Этот уровень также называют уровнем internet, указывая тем самым на основную его функцию - передачу данных через составную сеть.
Основным протоколом сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке является протокол IP (Internet Protocol). Этот протокол изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Так как протокол IP является дейтаграммным протоколом, он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.
-Основной уровень
Поскольку на сетевом уровне не устанавливаются соединения, то нет никаких гарантий, что все пакеты будут доставлены в место назначения целыми и невредимыми или придут в том же порядке, в котором они были отправлены. Эту задачу -обеспечение надежной информационной связи между двумя конечными узлами -решает основной уровень стека TCP/IP, называемый также транспортным .
На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования логических соединений. Этот протокол позволяет равноранговым объектам на компьютере-отправителе и компьютере-получателе поддерживать обмен данными в дуплексном режиме. TCP позволяет без ошибок доставить сформированный на одном из компьютеров поток байт в любой другой компьютер, входящий в составную сеть. TCP делит поток байт на части - сегменты, и передает их ниже лежащему уровню межсетевого взаимодействия. После того как эти сегменты будут доставлены средствами уровня межсетевого взаимодействия в пункт назначения, протокол TCP снова соберет их в непрерывный поток байт.
Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и главный протокол уровня межсетевого взаимодействия IP, и выполняет только функции связующего звена (мультиплексора) между сетевым протоколом и многочисленными службами прикладного уровня или пользовательскими процессами.
-Прикладной уровень
Прикладной уровень объединяет все службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и служб прикладного уровня. Прикладной уровень реализуется программными системами, построенными в архитектуре клиент-сервер, базирующимися на протоколах нижних уровней. В отличие от протоколов остальных трех уровней, протоколы прикладного уровня занимаются деталями конкретного приложения и «не интересуются» способами передачи данных по сети. Этот уровень постоянно расширяется за счет присоединения к старым, прошедшим многолетнюю эксплуатацию сетевым службам типа Telnet, FTP, TFTP, DNS, SNMP сравнительно новых служб таких, например, как протокол передачи гипертекстовой информации HTTP.
-Уровень сетевых интерфейсов
Идеологическим отличием архитектуры стека TCP/IP от многоуровневой организации других стеков является интерпретация функций самого нижнего уровня - уровня сетевых интерфейсов. Протоколы этого уровня должны обеспечивать интеграцию в составную сеть других сетей, причем задача ставится так: сеть TCP/IP должна иметь средства включения в себя любой другой сети, какую бы внутреннюю технологию передачи данных эта сеть не использовала. Отсюда следует, что этот уровень нельзя определить раз и навсегда. Для каждой технологии, включаемой в составную сеть подсети, должны быть разработаны собственные интерфейсные средства. К таким интерфейсным средствам относятся протоколы инкапсуляции IP-пакетов уровня межсетевого взаимодействия в кадры локальных технологий.
Уровень сетевых интерфейсов в протоколах TCP/IP не регламентируется, но он поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений «точка-точка» SLIP и РРР, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов Х.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии АТМ в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции IP-пакетов в ее кадры.
-Соответствие уровней стека TCP/IP семиуровневой модели ISO/OSI
Рассматривая многоуровневую архитектуру TCP/IP, можно выделить в ней, подобно архитектуре OSI, уровни, функции которых зависят от конкретной технической реализации сети, и уровни, функции которых ориентированны на работу с приложениями (рис. 5.7).
Рис. 5.6. Соответствие уровней стека TCP/IP семиуровневой модели OSI
Протоколы прикладного уровня стека TCP/IP работают на компьютерах, выполняющих приложения пользователей. Даже полная смена сетевого оборудования в общем случае не должна влиять на работу приложений, если они получают доступ к сетевым возможностям через протоколы прикладного уровня.
Протоколы транспортного уровня уже более зависят от сети, так как они реализуют интерфейс к уровням, непосредственно организующим передачу данных по сети. Однако, подобно протоколам прикладного уровня, программные модули, реализующие протоколы транспортного уровня, устанавливаются только на конечных узлах. Протоколы двух нижних уровней являются сетезависимыми, а следовательно, программные модули протоколов межсетевого уровня и уровня сетевых интерфейсов устанавливаются как на конечных узлах составной сети, так и на маршрутизаторах.
Каждый коммуникационный протокол оперирует с некоторой единицей передаваемых данных. Названия этих единиц иногда закрепляются стандартом, а чаще просто определяются традицией. В стеке TCP/IP за многие годы его существования образовалась устоявшаяся терминология в этой области (рис. 5.8).
Рис. 5.8. Название единиц данных, используемые в TCP/IP
Потоком называют данные, поступающие от приложений на вход протоколов транспортного уровня TCP и UDP.
Протокол TCP нарезает из потока данных сегменты .
Единицу данных протокола UDP часто называют дейтаграммой (или датаграммой). Дейтаграмма - это общее название для единиц данных, которыми оперируют протоколы без установления соединений. К таким протоколам относится и протокол межсетевого взаимодействия IP.
Дейтаграмму протокола IP называют также пакетом .
В стеке TCP/IP принято называть кадрами (фреймами) единицы данных протоколов, на основе которых IP-пакеты переносятся через подсети составной сети. При этом не имеет значения, какое название используется для этой единицы данных в локальной технологии.
Выводы
· Составная сеть (internetwork или internet) - это совокупность нескольких сетей, называемых также подсетями (subnet), которые соединяются между собой маршрутизаторами. Организация совместной транспортной службы в составной сети называется межсетевым взаимодействием (internetworking).
· В функции сетевого уровня входит: передача пакетов между конечными узлами в составных сетях, выбор маршрута, согласование локальных технологий отдельных подсетей.
· Маршрут - это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения. Задачу выбора маршрута из нескольких возможных решают маршрутизаторы и конечные узлы на основе таблиц маршрутизации. Записи в таблицу могут заноситься вручную администратором и автоматически протоколами маршрутизации.
· Протоколы маршрутизации (например, RIP или OSPF) следует отличать от собственно сетевых протоколов (например, IP или IPX). В то время как первые собирают и передают по сети чисто служебную информацию о возможных маршрутах, вторые предназначены для передачи пользовательских данных.
· Сетевые протоколы и протоколы маршрутизации реализуются в виде программных модулей на конечных узлах-компьютерах и на промежуточных узлах - маршрутизаторах.
· Маршрутизатор представляет собой сложное многофункциональное устройство, в задачи которого входит: построение таблицы маршрутизации, определение на ее основе маршрута, буферизация, фрагментация и фильтрация поступающих пакетов, поддержка сетевых интерфейсов. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением.
· Для алгоритмов маршрутизации характерны одношаговый и многошаговый подходы. Одношаговые алгоритмы делятся на алгоритмы фиксированной, простой и адаптивной маршрутизации. Адаптивные протоколы маршрутизации являются наиболее распространенными и в свою очередь могут быть основаны на дистанционно-векторных алгоритмах и алгоритмах состояния связей.
· Наибольшее распространение для построения составных сетей в последнее время получил стек TCP/IP. Стек TCP/IP имеет 4 уровня: прикладной, основной, уровень межсетевого взаимодействия и уровень сетевых интерфейсов. Соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.
· Прикладной уровень объединяет все службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям: традиционные сетевые службы типа telnet, FTP, TFTP, DNS, SNMP, а также сравнительно новые, такие, например, как протокол передачи гипертекстовой информации HTTP.
· На основном уровне стека TCP/IP, называемом также транспортным, функционируют протоколы TCP и UDP. Протокол управления передачей TCP решает задачу обеспечения надежной информационной связи между двумя конечными узлами. Дейтаграммный протокол UDP используется как экономичное средство связи уровня межсетевого взаимодействия с прикладным уровнем.
· Уровень межсетевого взаимодействия реализует концепцию коммутации пакетов в режиме без установления соединений. Основными протоколами этого уровня являются дейтаграммный протокол IP и протоколы маршрутизации (RIP, OSPF, BGP и др.). Вспомогательную роль выполняют протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP, протокол группового управления IGMP и протокол разрешения адресов ARP.
· Протоколы уровня сетевых интерфейсов обеспечивают интеграцию в составную сеть других сетей. Этот уровень не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - Ethernet, Token Ring, FDDI и т. д., для глобальных сетей - Х.25, frame relay, PPP, ISDN и т. д.
· В стеке TCP/IP для именования единиц передаваемых данных на разных уровнях используют разные названия: поток, сегмент, дейтаграмма, пакет, кадр.
