На рис.7.4. показано, как процессы, выполняющиеся на двух конечных узлах, передают свои данные через составную сеть.

Протоколы прикладного уровня стека TCP/IP работают на конечных узлах -компьютерах, выполняющих приложения пользователей. Их данные передаются протоколам транспортного уровня, здесь делятся на сегменты и передаются на сетевой уровень для передачи с помощью маршрутизаторов через составную сеть по сетевым адресам. Пакеты сетевого уровня упаковываются в кадры канального уровня технологии подсети, лежащей между портами соседних маршрутизаторов, и передаются в пределах этой подсети по локальным, например, МАС-адресам. Таким образом, при передаче из одной подсети в другую неизменные сетевые пакеты упаковываются в разные канальные кадры, которые, в свою очередь, используют разные протоколы физического уровня для передачи своих данных по физической среде предачи.

Рис. 7. 4. Передача данных через составную сеть

Протоколы TCP и UDP взаимодействуют через межуровневые интерфейсы с ниже лежащим протоколом IP и с выше лежащими протоколами прикладного уровня или приложениями.

В то время как задачей сетевого уровня, к которому относится протокол IP, является передача данных между парами соседних узлов сети (компьютером и портом маршрутизатора, между портами двух соседних маршрутизаторов), задача транспортного уровня, которую решают протоколы TCP и UDP, заключается в передаче данных между любыми прикладными процессами, выполняющимися на любых узлах сети. Каждый компьютер может выполнять несколько процессов, более того, прикладной процесс тоже может иметь несколько точек входа, выступающих в качестве адреса назначения для пакетов данных. Поэтому, после того как пакет средствами протокола IP доставлен в компьютер-получатель, данные необходимо направить конкретному процессу-получателю. С другой стороны, различные приложения передают в сеть свои пакеты через общий IP протокол. Процедуру приема данных от разных прикладных служб выполняют протоколы TCP и UDP и называется она мультиплексированием . Обратная процедура распределения пакетов от сетевого протокола IP по прикладным процессам, выполняемая этими транспортными протоколами, называется демультиплексированием .

Протоколы TCP и UDP ведут для каждого порта две очереди: очередь пакетов, поступающих в данный порт из сети, и очередь пакетов, отправляемых данным портом в сеть. Пакеты, поступающие на транспортный уровень, организуются операционной системой в виде множества очередей к точкам входа различных прикладных процессов. В терминологии TCP/IP такие системные очереди называются портами, причем входная и выходная очередь одного приложения рассматриваются как один порт. Порты имеют номера. Таким образом, номера портов идентифицируют приложения и прикладные процессы (рис.7.5.). Для серверных модулей общедоступных служб, таких как FTP, HTTP, DNS и т.д., назначаются хорошо известные стандартные номера портов (например, номер 21 закреплен за службой удаленного доступа к файлам FTP, a 23 - за службой удаленного управления telnet). Назначенные номера являются уникальными в пределах Интернета и назначаются приложениям централизованно в пределах 0 – 1023. Для серверных модулей менее распространенных приложений номера могут назначаться их разработчиками локально . Для других приложений, в том числе и для клиентов известных служб FTP, HTTP, telnet и т.д. ОС в ответ на поступление запроса от приложения выделяет ему динамически первый свободный номер из диапазона 1024 – 65535. После завершения работы приложения, номер его порта освобождается и может быть назначен другому приложению. Номера портов в пределах одного компьютера должны быть уникальными отдельно для TCP –протокола и отдельно для UDP – протокола. Два приложения, которые используют разные транспортные протоколы, могут получить одинаковые номера портов (например, одно – 1520 TCP, другое – 1520 UDP). Аналогично, могут совпадать номера портов, которые выделяют приложениям разные компьютеры одной сети.

Прикладной процесс однозначно идентифицируется парой (IP – адрес, номер порта), которая называется сокет (socket). Если используется номер порта TCP, сокет называется TCP - сокетом, если используется номер порта UDP, сокет называется UDP- сокетом. В каждом сетевом взаимодействии участвует пара сокетов, а TCP – соединение идентифицируется парой сокетов взаимодействующих процессов.

Глава 3

^ ОРГАНИЗАЦИЯ МЕЖСЕТЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

3.1. Принципы согласования гетерогенных сетей

При организации взаимодействия двух или более компьютеров для получения работоспособной сети достаточно использование базовой сетевой технологии.

Базовая сетевая технология - это согласованный набор протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Примерами базовых технологий могут служить такие технологии, как Ethernet или Token Ring.

Имея программные и аппаратные средства, а также среду передачи данных, соответствующие одной базовой технологии, и объединив их в соответствии с требованиями стандарта с помощью данной технологии, можно организовать информационный обмен нескольких компьютеров. Протоколы и оборудование сетей, построенных на основе базовых технологий, специально разрабатываются для совместной работы, что избавляет от необходимости использовать дополнительные средства для организации их взаимодействия.

Появление новых стандартов и технологий не обозначает массовый переход всех систем только на эти технологии. Дело в том, что процесс модернизации обычно требует немалых затрат, связанных как со стоимостью нового оборудования и программного обеспечения, так и, например, с теми убытками, которые понесет организация в результате «простоя», вызванного установкой, настройкой и проверкой работоспособности закупленного сетевого оборудования и программного обеспечения. Поэтому, на практике существование рядом сетей, использующих различные поколения одной и той же технологии, - явление вполне уместное.

Весьма актуальной остается задача, когда требуется организовать взаимодействие подобных сетей, объединенных в одну составную сеть. При этом, т. е. при построении составных сетей, включающих в себя подсети, организованные с использованием различающихся базовых технологий, встает проблема согласования между собой различных базовых технологий, а также различных «версий» реализации этих технологий.

Оборудование, разработанное для работы в сети, основанной на одной технологии, зачастую оказывается далеко не всегда совместимым между собой. Это связано с тем, что производители сетевого оборудования используют свои собственные фирменные стандарты, которые не всегда полностью идентичны официальным. Происходить такое может в результате неточной, ошибочной реализации официальных стандартов либо в результате попыток эти стандарты улучшить (расширить), т. е. внести новые дополнительные функции или свойства, призванные улучшить работы производимого оборудования.

Поэтому при объединении подсетей, использующих сетевое оборудование разных фирм, иногда возникает необходимость выбора: либо установка нового оборудования только от одного производителя, либо переконфигурация всего имеющегося оборудования на работу по стандартным протоколам и технологиям, чтобы оно стало совместимо с оборудованием других производителей.

Другой сложностью, возникающей при объединении нескольких сетей, использующих различные технологии и архитектуры, является применение в этих сетях различных стеков протоколов.

В США попытка перевести все сети на единый стек протоколов OSI не увенчалась большим успехом. Это можно объяснить тем, что в сети Интернет стандартом де-факто стал стек TCP/IP, а кроме того, стеки IPX/SPX, NetBEUI и ряд других все еще не потеряли своей популярности.

Для согласования протоколов, принадлежащих разным стекам, используются три основных метода:

• 
  инкапсуляция;
• 
  трансляция;
• 
  мультиплексирование.

Инкапсуляция (или туннелирование) протоколов - метод согласования разнородных сетей, использующих различные технологии транспортировки данных. Данный метод применяется, если нужно организовать обмен данными между двумя сетями, построенными по одинаковой технологии. Такие сети могут быть связаны не непосредственно, а посредством других промежуточных сетей, использующих отличные технологии построения сетей. Метод инкапсуляции, применяемый в этом случае, использует промежуточные сети в качестве транзитных, передавая информацию через них посредством их же транспортных средств.

Принцип инкапсуляции протоколов имеет сходство с принципом инкапсуляции пакетов при их продвижении по стеку протоколов. Пакеты транспортного протокола, которые нужно переслать через транзитную сеть, инкапсулируются в пакеты транспортного протокола этой транзитной сети. После прохождения промежуточной, транзитной сети происходит обратный процесс - полученные пакеты декапсулируются и пересылаются непосредственно адресату.

Инкапсуляция может быть использована для транспортных протоколов любого уровня и зачастую является наиболее простым и быстрым решением среди остальных методов согласования протоколов. Однако инкапсуляция не обеспечивает возможности взаимодействия с узлами транзитной сети.

Метод трансляции обеспечивает согласование двух протоколов за счет конвертирования формата сообщений, поступающих из одной сети, в формат другой сети. Задачи трансляции обычно берут на себя аппаратно-технические средства, служащие для организации межсетевого взаимодействия.

Сложность выполнения трансляции зависит от степени различий транслируемых протоколов между собой, от используемых этими протоколами систем адресации и представления данных. Например, конвертирование сообщения Ethernet в сообщение Token Ring выполняется достаточно просто, поскольку они используют одинаковую систему адресации пакетов.

К числу преимуществ трансляции перед другими методами можно отнести:

• 
  отсутствие необходимости устанавливать дополнительное программное обеспечение на рабочих станциях;
• 
  упрощение процессов администрирования, поиска неисправностей и обеспечения сетевой безопасности за счет локализации места возникновения проблем, связанных с межсетевым взаимодействием.

Недостатки трансляции:

• 
  транслятор представляет собой «узкое место» составной сети, так как через него должен проходить весь межсетевой обмен данными, и при увеличении числа пользователей, запрашивающих ресурсы другой подсети, уровень работоспособности сети может значительно упасть;
• 
  трансляция зачастую оказывается весьма трудоемким с точки зрения вычислительных мощностей методом, что может уменьшать фактическую скорость передачи данных.

Мультиплексирование является еще одним методом согласования протоколов. Данный метод основан на принципе универсальности отдельных узлов, участвующих во взаимодействии. На этих узлах производится установка и настройка одновременной работы сразу нескольких стеков протоколов, что позволяет им обрабатывать сообщения, получаемые от узлов, использующих различные стеки протоколов.

При этом задачи определения, с использованием какого именно стека происходит обработка полученного сообщения, выполняются специальными программными средствами, называемыми мультиплексорами или менеджерами протоколов.

Таким образом, мультиплексор протоколов выполняет коммутацию пакетов между протоколами соседних уровней различных стеков.

Примером использования метода мультиплексирования протоколов может служить некий сервер, поддерживающий прикладные протоколы NCP и NFS и способный благодаря этому выполнять запросы рабочих станций, находящихся в сетях NetWare и Windows NT одновременно.

По сравнению с прочими методами согласования протоколов мультиплексирование позволяет избавиться от «узкого места» сети, а значит, и от задержек, возникающих в результате ожидания очереди на обработку.

Однако при этом страдает простота администрирования и контроля работоспособности сети. Кроме того, данный метод требует установки на рабочие станции дополнительных стеков протоколов.

^ 3.2. Маршрутизация пакетов

3.2.1. Принципы маршрутизации пакетов

Под термином «маршрутизация пакетов» можно понимать некий механизм, позволяющий осуществить передачу пакета с одного узла составной сети на другой.

Как уже говорилось ранее, локальная сеть может быть разделена на две подсети с помощью таких сетевых устройств, как мосты и коммутаторы. Однако, очевидно, что эти же устройства могут использоваться и для объединения двух и более сетей в единую составную сеть.

Мосты и коммутаторы относятся к средствам физического и канального уровня сетевой модели 051. В силу этого, объединенная с их помощью сеть будет иметь ряд ограничений и недостатков, связанных с базовыми технологиями, по которым построены входящие в нее подсети.

Прежде всего, топология составной сети, построенной с использованием сетевого оборудования первого и второго уровней модели 051, не должна содержать петель, т. е. между отправителем и получателем всегда должен существовать только один единственный путь или маршрут. Такое ограничение существенно снижает надежность сети из-за отсутствия резервных маршрутов пересылки данных.

Кроме того, возникают проблемы, связанные с системой адресации, необходимой для обеспечения обмена данными между любыми узлами составной сети. Система физических адресов, используемая на нижних уровнях сетевой модели, в масштабах составной сети оказывается недостаточно гибкой и удобной.

Возникает и ряд других сложностей, связанных с разнородностью объединенных сетей.

Решением этих проблем стало использование маршрутизаторов - аппаратных и программных средств, способных выполнять функции третьего, сетевого уровня модели 051.

Сетевое оборудование первых двух и третьего уровня использует различную информацию в процессе ее перемещения от источника к адресату, т. е. выполняет схожие задачи, но принципиально разными способами.

Объединение разнородных подсетей с помощью маршрутизаторов (рис. 3.1) допускает наличие петель в топологии сети. Обыч-

Рис. 3.1. Объединение гетерогенных подсетей в составную

но в сложных составных сетях практически всегда существует несколько альтернативных маршрутов, по которым возможна передача данных между двумя узлами. Кроме того, крупные составные сети могут включать в себя сети различных масштабов - от локальных до территориально-распределенных глобальных сетей.

Маршрутом пересылки пакета с одного узла составной сети на другой является порядок прохождения этим пакетом транзитных сетей, соединяющих сети, в которых расположены источник и адресат данного пакета.

Составные сети, в которых требуется маршрутизация пакета на сетевом уровне, должны быть объединены между собой посредством маршрутизаторов. Поэтому маршрутом пересылки пакета по сети можно назвать последовательность маршрутизаторов, через которые этот пакет будет переправлен в процессе следования к своему адресату.

Маршрутизация пакетов включает в себя две основные задачи:

• 
  определение оптимального маршрута пересылки пакета по составной сети;
• 
  собственно пересылка пакета по сети.

Чтобы иметь возможность определить оптимальный маршрут пересылки пакета, маршрутизатор должен иметь информацию обо всех существующих и доступных в данный момент времени маршрутах. Метод, основанный на таком представлении маршрутной информации, называется маршрутизацией по источнику и обычно используется при тестировании работы сети.

Однако такая информация, особенно в сложных и крупных сетях, оказывается весьма громоздкой и неудобной для осуществления по ней поиска с целью выбора подходящего маршрута.

Поэтому ни узел, отправивший пакет, ни какой-либо промежуточный маршрутизатор на пути их следования не хранят информацию обо всем маршруте пакета целиком. Узел-отправитель, а также каждый маршрутизатор знают лишь адрес маршрутизатора, на который нужно направить пакет, чтобы он был доставлен по назначению. Другими словами, маршрутизатор знает, что определенный пункт назначения может быть достигнут по оптимальному пути за счет отправки пакета определенному маршрутизатору, который знает адрес следующего на пути к конечному пункту назначения маршрутизатора.

Таким образом, процесс маршрутизации состоит в определении следующего узла в пути следования пакета и пересылки пакета этому узлу. Такой узел называют хопом (от англ. Иор - прыжок, скачок). Действительно, передача пакета по составной сети происходит своего рода скачками от маршрутизатора к маршрутизатору.

Информация, ставящая в соответствие конечному адресу назначения пакета адрес маршрутизатора, на который нужно дальше отправить пакет для достижения адреса назначения, хранится в специальной таблице маршрутов (табл. 3.1), которая размещается на маршрутизаторе.

Запись таблицы маршрутов обычно содержит следующие элементы:

• 
  поле, содержащее адрес сети назначения;
• 
  поле, содержащее адрес следующего по ходу следования пакета маршрутизатора;
• 
  вспомогательные поля.

В зависимости от используемого алгоритма маршрутизации таблица маршрутов может заполняться вручную администратором либо посредством специальных протоколов сбора маршрутной информации.

При этом своя таблица маршрутов, даже самая элементарная, должна быть на каждом хосте.

Чтобы информация о маршрутах оставалась актуальной и соответствовала действительно существующим маршрутам, мар-

^ Таблица 3.1. Пример таблицы маршрутов программного маршрутизатора операцией ной системы Windows ХР

Сетевой адрес	Маска сети	Адрес шлюза	Интерфейс	Метри ка
0.0.0.0	0.0.0.0	192.168.0.1	192.168.0.167	20
127.0.0.0	255.0.0.0	127.0.0.1	127.0.0.1	1
і 92.168.0.0	255.255.255.0	192.168.0.167	192.168.0.167	20
192.168.0.167	255.255.255.255	127.0.0.1	127.0.0.1	20
192.168.0.255	255.255.255.255	192.168.0.167	192.168.0.167	20
224.0.0.0	240.0.0.0	192.168.0.167	192.168.0.167	20
255.255.255.255	255.255.255.255	192.168.0.167	192.168.0.167	I

шрутизаторы в процессе своей работы по специальным протоколам обмениваются сообщениями, содержащими информацию об обнаруженных изменениях в топологии сети, например в результате разрыва какой-либо связи, а, следовательно, и об изменениях в допустимых маршрутах. На основе таких сообщений маршрутизаторы производят обновления таблиц маршрутов.

Выбор того или иного маршрута из таблицы происходит на основе применяемого данным маршрутизатором алгоритма маршрутизации, базирующегося на различных критериях.

3.2.2. Алгоритмы маршрутизации

Алгоритмы маршрутизации могут различаться по нескольким характеристикам:

• 
  по задачам, решаемым алгоритмом;
• 
  по принципу сбора и представления информации о сети;
• 
  по методу расчета оптимального маршрута.

Кроме того, алгоритмы маршрутизации должны максимально удовлетворять следующим требованиям:

• 
  выбираемый маршрут должен быть наиболее оптимальным;
• 
  реализация алгоритма должна быть простой, а его функционирование не требовательным к вычислительным мощностям;
• 
  алгоритм должен обладать высокой отказоустойчивостью;
• 
  адаптация работы алгоритма к изменяющимся условиям должна происходить как можно быстрее.

Таким образом, алгоритмы маршрутизации можно классифицировать следующим образом:

• 
  по актуальности используемых маршрутов:

статические; динамические;

• 
  по принципу обмена маршрутной информацией:

состояния канала; дистанционно-векторные.

• 
  по количеству определенных маршрутов:

одномаршрутные; многомаршрутные;

• 
  по используемой структуре маршрутизации:

одноуровневые; иерархические;

• 
  по отношению к домену:

внутридоменные; междоменные;

Статические алгоритмы маршрутизации основаны на ручном составлении таблиц маршрутизации администратором сети и обычно применяются в небольших сетях с простой топологией связей.

В динамических или адаптивных алгоритмах таблицы маршрутизации, и соответственно, сами маршруты постоянно обновляются в соответствии с меняющейся топологией сети.

Алгоритмы состояния канала отличаются от дистанционно-векторных в зависимости от того, куда и какая маршрутная информация рассылается. Рассылка маршрутной информации необходима для синхронизации таблиц маршрутов на всех маршрутизаторах сети. Алгоритмы состояния каналов рассылают обновленную маршрутную информацию небольшими порциями по всем направлениям. Дистанционно-векторные алгоритмы обмениваются сообщениями, содержащими большие объемы информации, однако обмен происходит только с соседними маршрутизаторами.

Различные алгоритмы могут определять один или несколько маршрутов для достижения какого-либо узла или подсети. В многомаршрутных алгоритмах каждому из возможных маршрутов в зависимости от его пропускной способности и других показателей назначается приоритет, на основании которого происходит выбор пути пересылки пакета. При этом обычно один маршрут является основным, а остальные - резервными.

Одноуровневые и иерархические алгоритмы работают в соответствующих системах маршрутизации. При этом в одноуровневой системе все маршрутизаторы равноправны по отношению друг к другу. Иерархическая маршрутизация основывается на разбиении большой сети на иерархически организованные подсети с собственной маршрутизацией внутри каждого уровня.

Системы маршрутизации могут обеспечивать выделение логических групп узлов, называемых доменами или областями. При этом отдельные алгоритмы маршрутизации могут действовать только в пределах доменов, другие же могут работать как в пределах доменов, так и между ними.

Для определения оптимальности того или иного маршрута алгоритмы используют показатели, характеризующие передачу данных по этому маршруту, например с точки зрения длины маршрута, качества канала связи и т. п. Такие показатели называются метриками маршрутов.

Более сложные алгоритмы в качестве метрик зачастую используют комбинацию нескольких показателей.

Наиболее распространенными метриками, используемыми в алгоритмах маршрутизации, являются:

• 
  длина маршрута - обычно это количество хопов, т. е. количество маршрутизаторов, через которые пакет должен пройти на пути к адресату;
• 
  надежность - степень отказоустойчивости канала связи либо соотношение возникающих ошибок к общему числу бит, передаваемых по этому каналу;
• 
  ширина полосы пропускания - характеризуется пропускной способностью канала связи;
• 
  задержка - время продвижения пакета от источника до пункта назначения с учетом загруженности сети, времени ожидания в очереди на обработку на маршрутизаторах;
• 
  физическое расстояние между узлами;
• 
  стоимость связи и т. д.

3.2.3. Протоколы обмена маршрутной информацией

Для отслеживания изменений в топологии связей сети, изменений в существующих маршрутах и синхронизации таблиц маршрутизации среди маршрутизаторов и узлов сети используются протоколы обмена маршрутной информацией.

При этом эти протоколы могут основываться на дистанцион- но-векторных алгоритмах, примером использования которых является протокол RIP, имеющий реализации для работы в различных стеках протоколов, таких, как TCP/IP или IPX/SPX, или на алгоритмах состояния связей, например как протоколы IS-IS стека OSI, NLSP стека IPX/SPX, OSPF стека TCP/IP.

2. Общие сведения об ISDN. Цифровые интегральные сети связи

2. Общие сведения об ISDN

2.1. Назначение ISDN

Цифровая 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:

• обычные двухпроводные абонентские линии;
• 32-х или 24-х канальную звеньевую структуру с ИКМ;
• систему сигнализации №7.

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:

• один доступ "пользователь – сеть" может использоваться для нескольких соединений одновременно;
• по всей ISDN используется внеканальная сигнализация, это означает, что сигнализация не будет нарушать соединение;
• система сигнализации DSS1 (между пользователем и сетью) намного мощнее старой абонентской сигнализации.

2.1.1. Основные применения

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.

Пример применений

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.

2.2. Доступы "пользователь-сеть"

Существуют два типа доступов "пользователь – сеть", регламентируемых CCITT. Они приспособлены к особым ситуациям нагрузки трафика с установленным количеством каналов коммутации.

2.2.1. Основной (базовый) доступ (BRA)

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).

2.2.2. Первичный доступ (PRA)

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):

• один канал сигнализации и до 23-х каналов коммутации;
• до 24-х каналов коммутации;
• один канал сигнализации и до 30-ти информационных каналов;
• до 31-го информационного канала.

Канал сигнализации для первичного доступа может быть расположен в другом первичном доступе. Тогда такой первичный доступ будет содержать только информационные каналы.

Применение

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.

2.3. Каналы абонентского доступа

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

2.3.1. D – канал

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.

2.3.2. В – канал

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.

2.3.3. Битовая скорость

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.

2.3.4. Дополнительные каналы

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:

• Канал Н0 первичного интерфейса . Это канал со скоростью 384 кбит/с, содержащий 6 непрерывных каналов по 64 кбит/с.
• Канал Н1 первичного интерфейса . Представляет собой канал со скоростью 1536 кбит/с для интерфейса Т1 (1544 кбит/с).
• Канал Н12 . Состоит из одного канала 1920 кбит/с (30 каналов по 64 кбит/с) и одного D – канала.

2.4. Оборудование абонента

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.

2.4.1. Основные функциональные группы

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.

2.4.2. Терминал ISDN (ТЕ1)

Существуют ISDN - терминалы, начиная от самых простых речевых телефонных аппаратов до комплексных универсальных компьютеров.

Примеры терминалов ISDN:

• цифровые телефонные терминалы;
• персональные компьютеры;
• телетексные терминалы;
• терминалы телефакса;
• терминалы видеотекса;
• многофункциональные терминалы.

Приведем некоторые из новых дополнительных услуг, обеспечиваемых терминалами ISDN:

• отображение текстовых сообщений, данных по оплате, номера вызывающего абонента;
• сохранение номеров вызывающих абонентов;
• ускоренный набор номера;
• сохранение последних 10 набранных номеров;
• повторный набор одного из последних 10 набранных номеров;
• набор номера по внутреннему телефонному справочнику с фамилией и телефонным номером.

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.

2.4.3. Не ISDN-терминалы (ТЕ2)

Терминалы типа ТЕ2 имеют интерфейсы, которые выполнены в соответствии с рекомендациями, отличными от ISDN-рекомендаций. Примером ТЕ2 является обычный аналоговый телефонный аппарат.

2.4.4. Оконечный адаптер (ТА)

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:

• абонентский, представляющий собой контроллер с соответствующим аппаратно-программным обеспечением;
• в виде монтажной платы для персонального компьютера (ПК).

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:

• преобразование протокола сигнализации;
• преобразование данных;
• ускоренный набор номера;
• удобство дисплея.

2.4.5. Сетевое окончание (NT1)

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:

• линейные соединения;
• эксплуатация линий;
• синхронизация;
• подача питания через интерфейс по направлению к терминалу;
• уплотнение битовых потоков;
• адаптация терминалов и абонентской линии;
• управление столкновениями (коллизиями).

2.4.6. Цифровая абонентская линия

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.

2.4.7. Сетевое окончание (NТ2)

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:

• обработку информации сигнализации;
• мультиплексирование информации сигнализации;
• коммутацию данных;
• концентрацию данных;
• функции эксплуатации;
• физическое соединение.

2.4.8. Учрежденческая ISDN АТС

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.

2.4.9. ISDN-мультиплексор (IMUX)

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.

2.4.11. Сигнализация

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).

2.5. Виды информации

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.

2.5.1. Пользовательская информация

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:

• оцифрованная речь;
• оцифрованная аудио – информация из модема в помещении потребителя;
• цифровые данные.

Примеры пользовательской информации, передаваемой по
D – каналу:

• текстовые сообщения;
• пакетизированные данные для передачи с коммутацией пакетов.

Информация между абонентами, переносимая при установлении вызова с помощью сообщений канала D, также переносится сообщениями установления вызова пользовательской подсистемы ISDN (ISUP).

ST – сигнальный терминал; PCD – D – цифровой кодер; ETC – станционное окончание

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.

2.5.2. Контрольная информация

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.

2.5.3. Сетевая информация для абонентов

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.

2.5.4. Функции ISDN местной станции

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.

2.6. Коммутация

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.

2.6.1. Соединения канальной коммутации

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)

2.6.2. Соединения пакетной коммутации

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:

• одно звено передачи может быть использовано одновременно для многих соединений;
• два пользовательских окончания в соединении могут иметь разные битовые скорости.

2.6.3. Применение 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.

Коммутация 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.

Датаграмма пакетной коммутации

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.

2.7. Нумерация и идентификация

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.

2.7.1. Номера телефонов абонентов ISDN

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:

• выдачи терминалам информации индивидуальной категории;
• указания адреса терминала или группы терминалов;
• для оплаты.

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.

2.7.2. Идентификация вызывающего абонента

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.

2.7.3. Идентификация телекоммуникационных услуг

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.

2.7.4. Адресация вызываемых терминалов

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:

• свободен (доступен);
• носит запрашиваемый номер;
• является правильным типом.

У вызываемого терминала может быть:

• один хранимый номер;
• много хранимых номеров (максимум 8);
• ни одного хранимого номера.

Терминалы, совместимые с требуемым абонентским номером, могут принять вызов. Совместимые терминалы без номеров также могут способствовать вызову.

2.8. Организация межсетевого взаимодействия

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:

• преобразование между различными системами нумерации;
• адаптацию электрических характеристик различных сетей;
• преобразование между различными системами сигнализации, обычно называемое отображением;
• преобразование между различной техникой модуляции.

2.8.1. Взаимодействие с PSTN

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.

2.8.2. Взаимодействие с PSPDN

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.

2.8.3. Взаимодействие с СSPDN

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.

2.9. Примеры видов трафика

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.

Обобщение

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);
• основной доступ (ВRА);
• первичный доступ (PRA);
• прямой доступ к РBX (DPA).

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.

В глобальных сетях связь между ЛВС осуществляется посредством так называемых мостов.

Мосты представляют собой программно-аппаратные комплексы, которые соединяют ЛВС между собой, а также ЛВС и удаленные рабочие станции (PC), позволяя им взаимодействовать друг с другом для расширения возможностей сбора и обмена информацией.

Мост обычно определяется как соединение между двумя сетями, которые используют одинаковый протокол взаимодействия, одинаковый тип среды передачи и одинаковую структуру адресации.

Известна следующая типизация мостов:

ѕ внутренний/внешний;

ѕ выделенный/совмещенный;

ѕ локальный/удаленный.

Внутренний -- мост располагается на файловом сервере.

Внешний -- на рабочей станции. Внешние мосты и их ПО устанавливаются в рабочей станции, которая не загружена функциями файлового сервера. Поэтому внешний мост может передавать данные более эффективно, чем внутренний.

Выделенный мост -- это ПК, который используется только как мост и не может функционировать как рабочая станция.

Совмещенный -- может функционировать и как мост, и как рабочая станция одновременно. Преимущество: ограничиваются издержки на покупку дополнительного компьютера. Недостаток: ограничение возможностей рабочей станции, совмещенной с мостом. (Если программа «зависает» и вызывает остановку ПК, функционирующего как мост, программа моста также останавливает операции, что прерывает разделение данных между сетями, а также прерывает сеансы работы машин, которые связаны через мост с файловым сервером.)

Локальный мост передает данные между сетями, которые расположены в пределах ограничений кабеля по расстоянию. Локальные Мосты применяются в следующих случаях:

• - разделение больших сетей на подсети с целью увеличения быстродействия и уменьшения стоимости линий связи (рисунок 2.19).

Рисунок 2.19 - Пример разделения большой сети

Например, в одной организации различные отделы используют одну и ту же сеть. Поскольку большие сети медленнее малых, есть возможность выделить в небольшие подсети компактно расположенные отделы. Используя локальный мост, отделы, могут продолжать использовать данные таким образом, как если бы они работали в одной сети, приобретая при этом быстродействие и гибкость, присущие малой сети;

ѕ расширение физических возможностей сети (рисунок 2.20). Если сеть имеет максимально допустимое число узлов, поддерживаемое аппаратной схемой адресации, и есть необходимость в добавлении еще нескольких узлов, то для расширения такой сети используется мост. При этом возможно включение в сеть дополнительного файл-сервера;

Рисунок 2.20 - Расширение физических возможностей сети

• - объединение сетей в интерсеть. Чтобы пользователи каждой сети могли получить доступ к информации других сетей, необходимо связать эти сети, образуя интерсеть (рисунок 21).

Рисунок 2.21 - Пример интерсети

Удаленные мосты применяются, когда расстояние не позволяет соединять сети посредством кабеля, если ограничение по длине кабеля для локального моста будет превышено. Удаленный мост использует промежуточную среду передачи (телефонные линии) для соединения с удаленной сетью или удаленными PC. При связи сети с удаленной сетью необходимо установить мост на каждом конце соединения, а при связи сети с удаленным PC требуется только сетевой мост.