Принципы построения сетей документальной электросвязи презентация

Тема лекции: Принципы построения сетей документальной электросвязи Учебные вопросы: 1. Принципы построения СДЭС. 2. Концепция качества.

ЛИТЕРАТУРА 1. Телекоммуникационные системы и сети: учеб. пособие для вузов и колледжей: в 3 т., Т.1.: Современные технологии/ Б. И. Крук, В. Н. Попантонопуло, В. П. Шувалов. - М. : Горячая линия - Телеком, 2005. - 647 с. : ил. 2. Проект концепции предоставления документальных услуг электросвязи. Министерство Российской Федерации по связи и информатизации 2002 г. 3. Основы построения систем и сетей передачи информации: учеб. пособие для вузов/ В. В. Ломовицкий, А. И. Михайлов, К. В. Шестак/ - М. : Горячая линия – Теле- ком, 2005. - 382 с.

1-й вопрос: Принципы построения СДЭС Основная функция сети. Первичные и вторичные сети. Коммуникационная сеть. Информационные и вычислительные сети. Состав и классификация ИС. Сети «общая шина» и «кольцо». Сети «полносвязная» и «звезда». Сети «иерархия» и «сложная структура». Классификация сетей по способу управления. Однородные и неоднородные сети. Способы коммутации данных.

Основная функция сети Любая сеть связи представляет собой совокупность узлов связи, оконечных пунктов и линий (каналов) связи. Основной функцией сети является доставка сообщений в соответствии с заданным адресом, при этом должны быть обеспечены необходимые качественные показатели по скорости передачи или времени доставки, верности, надёжности и стоимости.

Первичные и вторичные сети Различают первичные и вторичные сети. Первичная сеть представляет собой сеть типовых каналов и трактов передачи. Первичная сеть может использовать различные линии передачи – кабельные, волоконно-оптические, радиорелейные, спутниковые. Вторичные сети обеспечивают транспортировку и коммутацию сигналов определённых служб электросвязи. Сети документальной электросвязи относятся к вторичным сетям и обеспечивают работу служб документальной электросвязи (ДЭС).

Коммуникационная сеть Коммуникационная сеть – система, состоящая из объектов осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и по- требления продукта. Она состоит из пунктов (узлов) сети, и линий передачи (связей, ком- муникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами. Отличительная особенность коммуникацион- ной сети - большие расстояния между пункта- ми по сравнению с геометрическими размера- ми участков пространства, занимаемых пунк -тами.

Информационные и вычислительные сети Информационная сеть - коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация. Вычислительная сеть - информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приёмниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment). В качестве ООД могут выступать ЭВМ, принтеры, плоттеры и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных. Все вышеназванные виды электросвязи и передачи данных называют информационной сетью (ИС), что обусловлено большой общностью применяемых технологий обработки, хранения, доставки информации (в любом её виде) потребителю.

Состав и классификация ИС В ИС поток данных в канале связи называют трафиком. Простейшая сеть состоит из нескольких персональных компьютеров, терминалов, соединенных между собой сетевым кабелем. При этом в каждом каждое устройство подключается с помощью сетевого адаптера. Информационные сети классифицируются по ряду признаков. В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают ИС: - территориальные - охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network); - локальные (ЛВС) - охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удалённости станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км); локальные сети обозначают LAN (Local Area Network); - корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях. Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet. В Internet существует понятие интрасетей (Intranet) - корпоративных сетей в рамках Internet. Различают интегрированные сети, неинтегрированные сети и подсети. Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями.

Сети интегрального обслуживания и их топология Обычно интерсети приспособлены для различ- ных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п., и в этом случае они называются сетями интегрального обслуживания. В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), коль- цевой, звездной, иерархической, произвольной структуры.

Сети «общая шина» и «кольцо» Общая шина. Характеризуется использованием общего канала равно- правными устройствами. Основное преимущество - простота и низкая стоимость. Основной недостаток - необходимость организации оче- рёдности доступа к каналу. Наиболее популярное использование – технология Ethernet, широковещательные радиоканалы с равноправ- ными пользователями. Кольцо. Пользователи канала могут быть объединены в кольцо одним каналом или независимыми каналами. Первый случай походит на об- щую шину. Разница в том, что из кольца необходимо удалять переда- ваемые данные. Наиболее популярное использование - технологии Token Ring и FDDI. Требует управления доступа к каналу. Во втором случае кабельная система дороже, данные передаются с ретрансля- цией, зато станции могут обмениваться данными относительно неза- висимо друг от друга. Большое значение имеет наличие двух путей для передачи данных, что повышает производительность и надежность сети. Чаще всего используется при больших расстояниях между узлами, при использовании для их соединения выделенных каналов.

Сети «полносвязная» и «звезда» Полносвязная. Каждая пара узлов соединена между собой отдельным каналом. Наиболее дорогая кабельная система. При этом достигается максимальная производительность, надежность, скорость передачи. Используется, например, при соединении ATC телефонной сети, для построения сети передачи общего пользования. Звезда. Является в то же время элементом иерархической структуры. Отличается относительно высокой стоимостью кабельной системы. Особенно, если узлы находятся на больших расстояниях. Позволяет сосредоточить в одном месте все проблемы по передаче данных, по адресации. Является основой для построения структурированных кабельных систем, широковещательных радиосетей, радиосот.

Сети «иерархия» и «сложная структура» Иерархия. Позволяет сократить длину кабелей (по срав -нению со звездой) и структурировать систему в соответст- вии с функциональным назначением элементов. Наиболее гибкая структура. Практически все сложные сис- темы имеют в своем составе иерархические структуры. Сложная структура. Является совокупностью типовых, классических структур. Часто сеть простой структуры соз- дается на основе сети передачи информации сложной структуры. В ряде случаев с учётом особенностей пользователей СИО наиболее экономически выгодными являются иерархи -ческие радиально-кольцевые структуры, в которых каж- дый топологический уровень сети строится как отдельная сеть по своим собственным топологическим правилам.

Классификация сетей по способу управления В зависимости от способа управления различают сети: - "клиент/сервер" - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживаю- щие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распре- деления функций между серверами, другими словами по типам серверов (на- пример, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определённым приложениям имеем сеть распределённых вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфрей- мах ; - одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера; - сетецентрическая концепция, в соответствии с которой пользователь имеет лишь дешевое оборудование для обращения к удалённым компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получения информа- ции. То есть пользователю не нужно приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.

Однородные и неоднородные сети В зависимости от того, одинаковое или неодинако- вое оборудование применяют в сети, различают сети называемые – однородными и неоднородные (гетерогенные). В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неодно- родными. В зависимости от прав собственности на сети последние могут быть сетями общего пользования (public) или частными (private). Среди сетей общего пользования выделяют телефонные сети ТфОП (PSTN - Public Switched Telephone Network) и сети передачи данных (PSDN- Public Switched Data Network).

Способы коммутации данных Сети также различают в зависимости от используемых в них протоколов и по способам коммутации. Способы коммутации. Под коммутацией данных понимается их передача, при которой канал передачи данных может использоваться попеременно для обмена информацией между различными пунктами информационной сети в отличие от связи через некоммутируемые каналы, обычно закрепленные за определенными абонентами. Различают следующие способы коммутации данных: - коммутация каналов - осуществляется соединение ООД двух или более станций данных и обеспечивается монопольное использование канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разомкнуто; - коммутация сообщений - характеризуется тем, что создание физического канала между оконечными узлами необязательно и пересылка сообщений происходит без нарушения их целостности; вместо физического канала имеется виртуальный канал, состоящий из физических участков, и между участками возможна буферизация сообщения; - коммутация пакетов - сообщение передается по виртуальному каналу, но оно разделяется на пакеты, при этом канал передачи данных занят только во время передачи пакета (без нарушения его целостности) и по ее завершении освобождается для передачи других пакетов. При обмене данными любое информационное сообщение разбивается на пакеты – блоки данных, служащие для передачи информации. Передача данных между элементами ИС может вестись параллельно и последова -тельно.

2-й вопрос: Концепция качества Понятие «качество обслуживания». Рисунок «Модель МСЭ». Характеристики уровня обслуживания. Обеспечение, управляемость и возможности обслуживания. Доступность, непрерывность, полноценность и безопасность. Характеристики пропускной способности. Соглашение о качестве обслуживания (схема). Классы обслуживания (таблица).

Понятие «качество обслуживания» Словосочетание "качество обслуживания" часто встречается в отечествен- ной технической литературе. Не реже оно попадается в публикациях на ан- глийском языке (Quality of Service – QoS). Авторы книг, статей и официаль- ных документов на обоих языках употребляют эти слова при описании различных аспектов функционирования телефонных сетей. Ряд специалис- тов руководствуется рекомендацией МСЭ E.800, которая посвящена терми- нологии в области качества обслуживания. Последние изменения были приняты МСЭ в 1994 году. Это означает, что предлагаемые термины считаются многими организациями, участвующими в работе МСЭ, устоявшимися. Термины, содержащиеся в рекомендации МСЭ E.800, применимы ко всем телекоммуникационным услугам и ко всем видам оборудования, которое используется в сетях электросвязи. Основным понятием считается качество обслуживания. Оно рассматрива- ется МСЭ как результат совместного проявления характеристик обслужи- вания. Этот результат определяет степень удовлетворённости пользова- теля предоставленной ему услугой. Вместе с тем, МСЭ не рекомендует использовать термин "качество обслуживания" ни для сравнительной оценки, ни для каких-либо количественных соотношений.

Соглашение об уровне обслуживания С точки зрения качества обслуживания имеются рекомендации МСЭ E.801. Они посвящены соглашению о качестве обслуживания (service quality agreement – SQA). Частным случаем SQA является соглашение об уровне обслуживания, известное по аббревиатуре SLA. Это соглашение можно рассматривать как адаптацию SQA для сетей с коммутацией пакетов. Для разработки соглашений SQA в рекомендации МСЭ E.801 предлагается процедура, которая показана на рисунке.

Процедура разработки соглашения об уровне обслуживания

Характеристики уровня обслуживания Степень удовлетворенности уровнем обслуживания может оцениваться такими характеристиками: - обеспечение обслуживания (service support); - управляемость обслуживания (service operability); - возможности обслуживания (serveability); - безопасность обслуживания (service security).

Обеспечение, управляемость и возможности обслуживания Характеристики обеспечения обслуживания отражают способность Оператора предоставить услуги и способствовать их использованию. Характеристики управляемости обслуживания оценивают удобство и простоту пользования услугами. Возможности обслуживания, в свою очередь, делятся на три группы, для которых в рекомендации МСЭ E.800 предлагаются такие характеристики: - доступность услуг (service accessibility); - непрерывность обслуживания (service retainability); - полноценность обслуживания (service integrity).

Доступность, непрерывность, полноценность и безопасность Характеристики доступности услуг оценивают возможность их получения (с заранее специфицированными допусками и с соблюдением других заданных условий) по запросу пользователя. Характеристики непрерывности обслуживания определяют возможность пользования полученной услугой с заданными атрибутами в течение запрошенного интервала времени. Характеристики полноценности обслуживания – меры того, что обслуживание, будучи полученным, происходит без значительного ухудшения. Характеристики безопасности отсутствовали в прежней редакции рекомендации МСЭ E.800. Они связаны со следующими аспектами функционирования сети связи: несанкционированный мониторинг, жульническое использование, злонамеренное повреждение, неправильное применение, ошибка человека, стихийное бедствие. Все перечисленные выше характеристики обслуживания зависят от качества работы сети, а также от её функциональных возможностей.

Характеристики пропускной способности Характеристики пропускной способности (Traffi- cability Performance) определяют способность технических средств с известными свойствами обслуживать трафик с определёнными парамет- рами. Эти характеристики разделены на три группы: - Ресурсы и оборудование. - Работоспособность. - Характеристики передачи.

Ресурсы, оборудование и работоспособность Термины для первой группы – "Ресурсы и оборудование" – ещё не определены. МСЭ считает, что соответствующая работа должна быть выполнена в ближайшее время. Во вторую группу, названную "Работоспособность" (Dependability), входят такие характеристики: - готовность (availability) – способность технического средства быть в состоянии выполнять требуемые функции в данный момент времени, или в любой момент внутри заданного интервала времени (при наличии соответствующих внешних ресурсов, если они необходимы); - надёжность (reliability) – способность технического средства выполнять требуемые функции при заданных условиях в течение определённого интервала времени; - восстанавливаемость (maintainability) – пригодность технического средства к тому, чтобы в установленных условиях его использования техническое обслуживание, проводящееся с применением установленных процедур и ресурсов, обеспечивало поддержание или восстановление такого состояния этого средства, в котором оно может выполнять требуемые функции; - обеспеченность техобслуживания (maintenance support) – способность Оператора, при заданных правилах технического обслуживания, предусмотреть и, если нужно, задействовать ресурсы, необходимые для поддержания работоспособности определённого технического средства.

Характеристики передачи К третьей группе относятся характеристики передачи (Transmission Perfo- rmance). Они определяются как уровень воспроизведения сигнала, пере- данного через систему связи, которая находится в работоспособном состо- янии, при заданных условиях. В рекомендации МСЭ E.800 выделены ха- рактеристики среды распространения сигналов (propagation performan- ce). Они определяются как способность этой среды обеспечивать прохож- дение сигнала с заданными допусками (в отношении шума, помех, колеба- ний уровня и прочих) без искусственного регулирования этого процесса. Количественные показатели, соответствующие рассмотренным выше характеристикам, могут либо относиться к некоторому моменту времени (мгновенные значения), либо выражаться как среднее значение за какой-то временной интервал. Эти показатели могут быть связаны с событиями (например, повреждение, восстановление), с состояниями (в частности, хорошее, плохое, нерабочее) или с действиями (операциями по техничес- кому обслуживанию).

Временные перерывы в обслуживании Основным понятием для этих характеристик можно считать простой в обслуживании (interruption; break of service) – временная невозмож- ность обеспечить обслуживание в течение периода, превышающего допустимый, обусловленная тем, что по крайней мере один из пара- метров, необходимых для нормального обслуживания, вышел за уста- новленные для него пределы. Возможные причины – повреждение технических средств, ухудшение характеристик передачи, слишком высокий спрос на обслуживание. К количественным показателям относятся: - время между простоями (time between interruptions) – промежуток времени между окончанием одного простоя и началом следующего; - длительность простоя (interruption duration) – продолжительность времени простоя; - среднее время между простоями (mean time between interruptions) – математическое ожидание времени между простоями; - средняя длительность простоя (mean interruption duration) – математическое ожидание времени простоя.

Количественные показатели доступности - вероятность успешного доступа к услуге (service access probability) – вероятность того, что нужная услуга будет получена пользователем (с заданными допусками и с со- блюдением других условий) по его запросу; - средняя длительность задержки получения доступа к услуге (mean service access delay) – математическое ожи- дание длительности интервала времени между первым запросом пользователя на предоставление услуги и мо- ментом, когда он получил к ней доступ и при этом обслу- живание оказалось соответствующим заданным допускам и условиям; - вероятность получения неверного соединения (misrou- ting probability) – вероятность того, что при правильно на- бранном номере пользователь получит соединение не с тем адресатом.

Нормирование показателей качества обслуживания Как правило, нормирование показателей качества обслу- живания (QoS) для современных инфокоммуникационных сетей осуществляется следующим образом: - для систем без ожидания устанавливается максималь -ный порог вероятности потери заявки (вызова или требо- вания иной природы); - для систем с ожиданием определяются две допустимые величины – среднее значение времени нахождения в очереди или задержки (то есть вместе с обслуживанием) и квантиль соответствующей ФР. Кванти́ль (или процен- ти́ль) в математической статистике - число, такое что за- данная случайная величина превышает его лишь с фик- сированной вероятностью.

Требования к показателям качества обслуживания Мультисервисная сеть обслуживает все виды трафика. Устанавливать одинаковые требования к показателям качества обслуживания (QoS) для всех видов трафика не представляется разумным по техническим и экономическим соображениям. МСЭ в рекомендации Y.1541 выделил шесть классов (COS – Class of Service), различающихся величинами показателей QoS. В таблице 1 приведены значения трех показателей QoS для шести классов. Эти значения определяются для таких показателей: IPTD – задержка переноса IP пакетов, IPDV – вариация задержки IP пакетов, IPLR – доля потерянных IP пакетов. Значения доли искаженных IP пакетов (IREP) в таблице 1 не приводятся, этот показатель не имеет отношения к рассматриваемым в этом Приложении вопросам. Символ "U" (первая буква в слове "unspecified") указывает на то, что показатель для данного класса обслуживания не нормируется.

Классы обслуживания

Классы обслуживания В таблице приведены значения трёх показателей QoS для шести классов. Эти значения определяют- ся для таких показателей: - IPTD – задержка переноса IP пакетов, - IPDV – вариация задержки IP пакетов, - IPLR – доля потерянных IP пакетов. Значения доли искажённых IP пакетов (IREP) в таб- лице не приводятся, этот показатель не имеет отно- шения к рассматриваемым в этом Приложении во- просам. Символ "U" (первая буква в слове "unspe- cified") указывает на то, что показатель для данного класса обслуживания не нормируется.

Примечания к классам обслуживания 1) При большом времени распространения сигналов могут возникать сложности для классов "0" и "2" с соблюдением норм на среднее значение времени задержки IP пакетов. Величины IPTD определены для максимальной длины инфор- мационного поля пакета 1500 байтов. 2) Величина IPDV определяется разницей между верхней гра- ницей, в качестве которой рекомендуется 99,9% квантиль, и нижней границей задержки, измеренной в течение интервала оценки. В качестве длительности этого интервала предлагается выбирать одну минуту. Все эти соображения МСЭ считает предварительными и требующими дополнительного изучения. 3) Величина вариации зависит от ёмкости тракта обмена паке- тами. Приемлемая величина вариации достигается для трактов с пропускной способностью 2048 кбит/с и более, а также при длине информационного поля пакетов менее 1500 байтов.

Классы обслуживания «0» и «1» Класс обслуживания "0" предназначен для обмена ин- формацией в реальном времени (в частности, для речи с использованием технологии VoIP). Он предусматривает создание отдельной очереди с приоритетной обработкой пакетов. Для класса обслуживания "0" характерны огра- ничения на принципы маршрутизации и допустимое рас-стояние между взаимодействующими терминалами (вре- мя распространения сигналов). Интерактивность для класса "0" определяется как "высокая" – high. Класс обслуживания "1" также предназначен для обмена информацией в реальном времени, но с менее жесткими требованиями. Поэтому накладываются менее жёсткие ограничения на принципы маршрутизации и время рас- пространения сигналов, чем для класса "0". Также преду- сматривается создание отдельной очереди с приоритет- ной обработкой пакетов.

Классы обслуживания «2» и «3» Класс обслуживания "2" ориентирован на обмен данны- ми с высокой степенью интерактивности. Как и классу "0", присвоен уровень высокой интерактивности. К этому кла- ссу относится и сигнальная информация. Для класса об- служивания "2" характерны такие же ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сиг- налов, как для класса "0". Для пакетов этого класса фор- мируется своя очередь на обработку, которая осущест- вляется со вторым приоритетом. Это означает, что пакеты классов "0" и "1" имеют преимущество на обработку. Классу обслуживания "3", предназначенному для обмена с менее высоким уровнем интерактивности, присущи те же ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сигналов, что и классу "1". Обслужива- ние пакетов этого класса должно осуществляться со вто- рым приоритетом.

Классы обслуживания «4» и «5» Класс обслуживания "4" предназначен для обмена раз- личной информацией с низкой вероятностью потери (ко-роткие транзакции, потоковое видео и прочие). Допуска- ются длинные очереди пакетов на обработку, которая осуществляется со вторым приоритетом. Никакие огра -ничения на маршрутизацию и время доставки сообщений не накладываются. Класс обслуживания "5" ориентирован на те IP приложе- ния, которые не требуют высоких показателей QoS. Соот- ветствующие пакеты формируют отдельную очередь; обслуживание осуществляется с самым низким приори- тетом (в данном случае он имеет третий номер). Никакие ограничения на маршрутизацию и время доставки сооб- щений не накладываются.