Лекции по "Основы построения телекоммуникационных систем"

Лекция 16. Глобальные сети.

Обобщенная структура  и функции

 

 

Глобальные сети (Wide Area Network, WAN) –являются территориальными компьютерными сетями и служат для того, чтобы предоставлять свои услуги большому числу конечных абонентов, разбросанных по большой территории. Из-за большой протяженности каналов связи построение и эксплуатация глобальных сетей является очень дорогим делом.

Глобальные сети обычно создаются крупными телекоммуникационными компаниями для оказания платных услуг абонентам. Такие сети называются публичными или общественными. Здесь существуют понятия- оператор сети и поставщик услуг сети.

Оператор сети – это компания, которая поддерживает нормальную работу сети.

Поставщик услуг ( провайдер  – service provider) – это компания, которая оказывает платные услуги абонентам сети. Владелец, оператор и поставщик могут объединяться в одну компанию.

Иногда глобальная сеть создается  крупной корпорацией для собственных  нужд. В этом случае сеть называется ведомственной или частной. Существуют и промежуточные варианты.

В идеале глобальные сети должны передавать данные абонентов любых типов:

передачу пакетов локальных  сетей,

обмен факсами,

передачу трафика офисных АТС,

выход в городские, междугородные  и международные телефонные сети,

 видеоконференцсвязь,

передачу трафика банкоматов, кассовых аппаратов,

выход в сеть Интернет, а это такие услуги как- широковещательное распространение звукозаписей, организацию интерактивных бесед-chat,организацию конференций по интересам (служба News), поиск информации и ее доставку по индивидуальным заказам и многое другое.

Информационные услуги и технологии Интернет оказали влияние на корпоративные  информационные технологии, стали широко применяться в корпоративных  сетях под названием Интранет.

В результате глобальные и локальные сети постепенно сближаются за счет взаимопроникновения технологий разных уровней – от транспортных до прикладных.

 

Структура глобальной сети

 

 

Цифровые или аналоговые

 выделенные линии

 

 

NNI

 

 

 

 

 

 

 UNI MUX

 

 

 

 

 

 

Здесь –  S (Switch) –коммутаторы

К              -компьютеры

R (Router)- маршрутизатор

MUX      -мультиплексор

UNI (User-Network Interface) –интерфейс пользователь-сеть

NNI ( Network-Network Interface) – интерфейс сеть-сеть

 -DCE (Data Circuit terminating Equipment) – оборудование передачи данных- модем

Сеть строится на основе коммутируемых  или выделенных каналов связи, которые  соединяют коммутаторы  (ЦКП –  центры коммутации пакетов) глобальной сети между собой.

Абоненты  сети подключаются к коммутаторам в общем случае с помощью выделенных каналов связи, но они могут быть и коммутируемыми.

Конечные  узлы глобальной сети разнообразны. Это устройства DTE (Data Terminal Equipment) :

-  компьютеры

-  локальные сети

• Маршрутизаторы
• Удаленные мосты
• Мультиплексоры( например, «голос-данные»)

Каждое устройство DTE необходимо оснастить устройством DCЕ, которое обеспечивает необходимый протокол канального уровня. DCE бывает 3-х типов:

• модемы для работы по аналоговым каналам;
• DSU/CSU ( Data Service Unit/ Channel Service Unit)  для работы по цифровым выделенным каналам технологии TDM
• Терминальные адаптеры (ТА) – для работы по цифровым каналам сетей ISDN/

Устройства DCE и DTE называют оборудованием, размещаемым на территории абонента глобальной сети – Customer Premises Equipment, CPE/

Для того, чтобы пользователи могли  подключаться без проблем к сети с помощью оборудования любого производителя  в глобальной сети оговаривается  интерфейс  «пользователь-сеть» UNI/

Протоколы взаимодействия внутри сети NNI стандартизуются не всегда, но обычно применяются стандарты для сопряжения сетей различных операторов.

Перечислим некоторые широко распространенные интерфейсы DTE-DCE/

-Интерфейс RS-232C/V/24 – работает до скоростей 115200 бит/с. Поддерживает асинхронный и синхронный режим работы

-Интерфейс RS-449/V.10/V.11-работает до скорости 100 000 бит/с на расстоянии до 10 м

-Интерфейс V.35   используется для подключения синхронных модемов на скорости до 168 Кбит/с

-Интерфейс X.21 – разработан для синхронного обмена данными в сетях Х.25

 

Типы глобальных сетей

При построении корпоративной сети часто приходится брать в аренду  оборудование, каналы и связи и  услуги у владельцев первичной или  телефонной сети.

В зависимости от  того, какие  компоненты приходится брать в  аренду, принято различать корпоративные сети, построенные с использованием

• выделенных каналов
• коммутации каналов (с использованием сетей  ISDN)
• коммутации пакетов.

В 80-е годы для надежного соединения локальных сетей и крупных  компьютеров в корпоративную  сеть использовалась практически одна технология глобальных сетей с коммутацией пакетов –Х.25. Сейчас используются такие технологии, как FR, SMDS и ATM, также TCP/IP, которые доступны в виде услуг сети Интернет, так и в виде отдельных коммерческих сетей TCP/IP,  изолированных от Интернет.

Территориальные сети, используемые для построения корпоративных сетей, целесообразно делить на

-магистральные сети

-сети доступа

Магистральные территориальные сети (backbone wide area networks) используются для одноранговых связей между крупными локальными сетями, принадлежащими большим подразделениям предприятия. Они должны иметь высокую пропускную способность, использовать для этого выделенные каналы со скоростью 2- 622 Мбит/с. Технологии таких каналов, основанных на FDM, TDM (PDH, SDH) мы с вами рассматривали.

К сетям  доступа предъявляются требования, существенно отличающиеся от требований к магистральным сетям. Инфраструктура сети должна быть разветвленной, недорогой, с умеренной пропускной способностью (Хотя это определяется конкретными требованиями) до 2-х Мбит/с.

В качестве сетей доступа обычно используются выделенные линии, телефонные аналоговые сети, сети ISDN, и реже сети FR.

Рассмотрим  протоколы канального уровня для  выделенных цифровых линий.

При передаче данных между маршрутизаторами, мостами и отдельными компьютерами с помощью выделенного канала необходимо решить, какие протоколы уровней выше физического необходимы для передачи сообщений с нужной степенью надежности.

Если выделенный канал соединяет сети через маршрутизаторы, то протокол сетевого уровня определен, а протокол канального уровня маршрутизатор может использовать любой, в т.ч. и протокол канального уровня локальной сети, например, Ehternet. Однако ни мосты, ни маршрутизаторы на выделенных каналах с протоколами канального уровня не работают. (Они избыточны и не имеют необходимых дополнительных функций. –процедуру управления потоком, процедуру аутентификацию удаленных устройств и др.)

 

 Устройства обслуживания

Данных и канала

       Цифровой канал

 Интерфейс G.703

 

 

Интерфейсы RS-232, RS-449, V.35

 

 

 

 

Для обеспечения такого удаленного соединения по протоколу TCP/IP  был разработан протокол SLIP (Serial Lint IP). Этот Протокол выполняет единственную функцию – он позволяет в потоке бит, которые поступают по выделенному каналу, распознать начало  и конец IP пакета. Помимо протокола IP, другие протоколы сетевого уровня не поддерживает.

Чтобы распознать границы IP пакетов, используется специальный символ END, значение которого равно С0 в шестнадцатиричном коде.  Для исключения ошибок из-за наличия этого символа в поле данных, этот байт в поле данных заменяется на  ESC и DC

IP- пакет

 С0                 DB

 

 

 

 C0 DB   DC                           DB    DD C0

 

Начало пакета Конец пакета

SLIP- пакет (до 1006 байт)

 

 

 

Для установления связи по протоколу  SLIP компьютеры должны иметь информацию об IP адресах друг друга.  Однако в протоколе Slip не предусмотрены процедуры: 1- обмена адресной информацией, 2- можно передавать только IP-пакеты, 3-обнаружения и коррекции ошибок.

Поэтому этот протокол сейчас применяется  редко. Более широко распространены протоколы HDLC (High level Data Link Control) и РРР (Point-to-Point Protocol)

HDLC производит контроль искаженных и потерянных кадров с помощью метода скользящего окна и управление потоком кадров.

Протокол РРР разработан на основе протокола HDLC, и его основное отличие состоит в том, что он добивается согласованной работы различных устройств с помощью переговорной процедуры, во время которой передаются различные параметры, такие как качество линии, протокол аутентификации и инкапсулируемые протоколы сетевого уровня- многопротокольная поддержка.

 

Построение сетей передачи данных на основе сетей с коммутацией  каналов. ( аналоговых и цифровых)

 

Наиболее широко распространенными  коммутируемыми каналами являются каналы обычных аналоговых телефонных сетей (POTS –Plain Old Telephone Service –«старая добрая телефонная служба» и PSTN –Public Switched Telephone Network –«публичная коммутируемая телефонная сеть»).

Чаще всего эти линии используются для индивидуального удаленного доступа к сети передачи данных –Интернет, а также как резервные линии  связи небольших офисов с центральным  отделением предприятия. Для передачи данных по аналоговым коммутируемым телефонным линиям  используются модемы, которые поддерживают

• процедуру автовызова абонента
• работают по двухпроводному окончанию.

 В работе модемов используются  стандарты, определяющие методы  кодирования сигналов и скорость  в линии. В настоящее время  применяются модемы на основе стандартов

• V.32 bis –Дуплексная асинхронная/синхронная передача на скорости 14, 4 Кбит/с
• V.34   - 28,8 Кбит/с
• V.34+  -33,6 Кбит/с
• V.90 – обеспечивает ассиметричный обмен- 56 Кбит/с из сети и 30-40 Кбит/с в сеть.

Модемы  HDSL, ADSL

 

Глобальные сети с  коммутацией пакетов

Cети Х.25

 

Сети Х.25 являются на сегодняшний  день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемых для построения корпоративных сетей. Они долгое время были единственной технологией передачи данных, обеспечивавших гарантированную передачу на ненадежных сетях благодаря протоколам с установлением соединений и коррекцией ошибок на 2-х уровнях – канальном и сетевом.

Сети Х.25 основаны на стандарте  Х.25, разработанном комитетом  CCITT  в 1974 г. Стандарт описывает интерфейс между оконечным оборудованием данных для терминалов, работающих в пакетном режиме в сетях передачи данных общего пользования. Стандарт не описывает внутреннее устройство сети Х.25, а только определяет пользовательский интерфейс с сетью.

Взаимодействие 2-х сетей Х.25 описывает  стандарт Х.75.

Основные признаки сетей Х.25:

• наличие в структуре сети специального устройства –PAD (Packet Assembler Disassembler) – (Сборщик-разборщик пакетов – СРП). PAD  выполняет операции сборки нескольких низкоскоростных потоков байт от алфавитно-цифровых терминалов в пакеты, передаваемые по сети на компьютеры для обработки.
• Наличие 3-х уровневого стека протоколов с использованием на канальном и сетевом уровне протоколов с установлением соединения, управляющих потоком данных и исправляющих ошибки.
• Ориентация на однородные стеки транспортных протоколов во всех узлах сети. Т.е. сеть не может быть разнородной, как в протоколе IP.

 

 Структура сети Х.25 Сеть Х.25

 Выделенные каналы

 Синхронный интерфейс

 Х.21

Мейнфрейм Х.75 

 Синхронные

 Модемы или DSU/CSU

 

 

 

 

               UNI = Х.25(Пользовательский

        Встроенный LAP-B интерфейс с сетью)

 

 Х.3(Основные

Функции PAD Адрес сети Х.121

 Удаленный

Телефонная сеть Х.28

(Параметры

терминала  и протокол взаимодействия

с PAD)

 

 

Асинхронные старт-стопные 

   Асинхронные старт-стопные терминалы

терминалы

 

S (Switches) – центры коммутации пакетов ЦКП

Х.3 – стандарт, определяющий основные функции PAD:

• Сборка символов от асинхронных терминалов в пакеты и обратно
• Управление процедурами соединения/разъединения
• Передача символов, включающих старт-стопные сигналы и биты проверки на четность
• Продвижение пакетов

Х.28 – протокол, определяющий параметры терминала и протокол взаимодействия терминала с устройством PAD

Х.21 – интерфейс для синхронного обмена данными между DTE  и DCE  в сетях с коммутацией пакетов Х.25. Интерфейс рассчитан на цифровые DCE. Для поддержки синхронных модемов разработана версия интерфейса X.21 bis.

Пользователь с помощью PAD устанавливает соединение с нужным компьютером, а затем уже может вести диалог с операционной системой этого компьютера, запуская нужные программы и просматривая результаты их работы на своем экране, как при локальном подключении терминала к компьютеру.

Компьютеры и локальные сети подключаются к сети Х.25 непосредственно  через адаптер Х.25 или маршрутизатор, поддерживающий на своих интерфейсах  протоколы Х.25

Стек протоколов сети Х.25

Стандарты сетей Х.25 описывают 3 уровня протоколов:

• на физическом уровне определены синхронные интерфейсы Х.21 и Х.21 bis к оборудованию передачи данных – либо DSU/CSU, если выделенный канал является цифровым, либо к синхронному модему, если канал выделенный.
• На канальном уровне используется подмножество протокола HDLC, обеспечивающее возможность автоматической передачи в случае возникновения ошибок в линии. Предусмотрен выбор из 2-х процедур доступа к каналу: LAP ( Link Access Procedure) – процедура доступа к каналу или LAP-B – представляет собой процедуру управления каналом передачи данных.
• На сетевом уровне определен протокол Х.25/3 обмена пакетами между оконечным оборудованием и сетью передачи данных.