Моделирование телекоммуникационных сетей и систем

Точки S и T обеспечивают доступ к канальным  услугам ISDN. В точке R (на рисунке TA – терминальный адаптер), в зависимости от типа терминального адаптера, доступны некоторые другие стандартные CCITT интерфейсы (X.21 или X.25, V.35, RS-232 или V.24). Входы TE1 и TE2 предназначены для удаленных телекоммуникационных услуг.

Передача  от АТС к абоненту осуществляется по 2-х проводной линии кодом 2B1Q (4-поз, 96К бод), дуплекс обеспечивается вычитанием своего сигнала из результирующего (эхо подавление).

Для более  коротких линий подключения абонентского оборудования используется более простая 4-х проводная схема.

Кадр  первого уровня содержит 48 бит (по 2 байта B-каналов, 4 бита D-канала, и имеет длительность 250 мксек. Физическая скорость обмена составляет 192 Кбит/с (~5,2 мксек на бит).

Кадр  включает в себя несколько l-битов, которые  служат для балансировки цуга по постоянному  току. Для направления NT®TE (связь сетевого обору оборудования с терминальным), первыми битами кадра являются F/L-пары (см. начало и конец диаграмм; временная ось направлена слева направо), нарушающие AMI-правила (чередование полярности сигнала при передаче логической единицы). Раз чередование нарушено, до завершения кадра должно присутствовать еще одно такое нарушение. Бит F_A реализует это второе нарушение чередования полярности.

A-бит  используется в процедуре активации  для того, чтобы сообщить терминалу  о том, что система синхронизована. Активация может проводиться  по инициативе терминала или  сетевого оборудования, а деактивация  может быть выполнена только  сетью. Помимо B1, B2 (байты выделены  стрелками) и D-каналов формируются  также виртуальные E- и A-каналы.

E-канал  служит для передачи эхо от NT1 к TE в D-канале. Существует 10-битовое  смещение (задержка) между D-битом,  посылаемым терминалом, и E-битом  эхо. M-бит используется для выделения  мультифреймов (эта услуга специфична  для США и  недоступна в  Европе). M-бит идентифицирует некоторые  F_A-биты, которые могут быть изъяты для того, чтобы сформировать канал управления (например, при проведении видеоконференций). S-бит является резервным.

Обозначения различных основных и вспомогательных  каналов:

A – 4-килогерцный  аналоговый телефонный канал

B  – Цифровой  ИКМ-канал для голоса и данных  с полосой 64 кбит/c

C  – Цифровой  канал с полосой 8 или 16 кбит/c

D  – Цифровой  канал для внутреннего управления  с полосой 16 кбит/c

E  – Цифровой  канал ISDN для внутреннего управления  с полосой 64 кбит/c

H  – Цифровой канал с полосой 384, 1536 или 1920 кбит/c

Базовый ISDN-интерфейс обеспечивает два В-канала по 64 кбит/c и один D-канал 16 кбит/c. Первичный  же ISDN–интерфейс обеспечивает 24(США) или 30 (Европа) стандартных В-каналов и один D-канал с полосой 64 кбит/c.

Для каналов класса В (и H) физическим уровнем все и завершается. Разумеется, поверх этих каналов может быть реализована передача данных, например, по протоколам X.25, Frame Relay и т.п., но это делается уже не средствами ISDN. Каналы управления класса D осуществляют передачу управляющей информации (сигнальная система №7 CCITT) в режиме коммутации коммутации пакетов, и могут передавать пользовательские данные в том же режиме, поэтому появляется канальный уровень.

На первом уровне протокола разрешаются  конфликты доступа терминалов к D-каналу. Активация и деактивация  осуществляется сигналом <info>. info=0 означает отсутствие сигнала в линии. info=1 передает запрос активации от терминала к NT. info=2 передается от NT к TE с целью запроса активации или указывает, что NT активировано вследствие появления info=1. info=3 и info=4 представляют собой кадры, содержащие оперативную информацию, передаваемую из TE и NT, соответственно. NT активирует местную передающую систему, которая информирует коммутатор о начале работы пользователя. NT1 в ответ передает терминалу info=2, которое служит для синхронизации. TE откликаются, посылая пакет info=3, который содержит оперативную информацию. Все терминалы активируются одновременно.

Второй уровень решает проблему надежной передачи сообщений по схеме  точка-точка. Этот уровень включает HDLC-процедуры (high level data link communication), которые обычно называются процедурами доступа для D-канала (LAP - link access procedure). LAP-D базировался первоначально на рекомендациях X.25 уровня 2 (канала данных) LAP-B, основное отличие – использование 16-битных, а не 8-битных адресов. В настоящее время процедуры LAP-D функционально обогатились (разрешено много LAP для одного и того же физического соединения, что позволяет 8-ми терминалам использовать один D-канал). Поскольку уровень 2 (канальный) должен передать уровню 3 (сетевому) сообщения, лишенные ошибок, на уровне 2 организуется повторная передача кадров в случае их потери или доставки с ошибкой. LAP-D базируется на LAP-B рекомендаций X.25 для уровня 2. Кадры на уровне 2 представляют собой последовательности 8-битных байтов.

Формат кадра LAP-D подобен формату  LLC – 2 адресных байта, 1-2 управляющих (в зависимости от типа кадра), пользовательские данные, контрольная сумма. Каждый кадр начинается и завершается одной и той же последовательностью (сигнатура начала/конца кадра, флаг). Это стартовый и завершающие флаги 01111110 такие же, как в LAP-B. Внутри кадра к любым 5 единицам подряд добавляется нуль (чтобы избежать имитации сигнатуры в информационных полях – знакомый уже нам бит-стаффинг). Принимающая сторона эти нули убирает. FSC вычисляется по методике CRC-16 (образующий полином x¹⁶+x¹²+x⁵+1).

Влияние параметров коммуникационных протоколов на показатели эффективности.

Задача  выбора коммуникационных протоколов может  решаться относительно независимо для  канального уровня с одной стороны (Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, ATM) и пары "сетевой - транспортный протокол" с другой стороны (IPX/SPX, TCP/IP, NetBIOS).

Каждый  протокол имеет свои особенности, предпочтительные области применения и настраиваемые  параметры, что и дает возможность  за счет выбора и настройки протокола  влиять на производительность и надежность сети. Настройка протокола может включать в себя изменение таких параметров как:

• максимально допустимый размер кадра,
• величины тайм-аутов (в том числе время жизни пакета),
• для протоколов, работающих с установлением соединений – размер окна неподтвержденных пакетов, а также некоторых других.

Время доступа  к среде определяется как логикой самого протокола, так и степенью загруженности сети. В локальных сетях пока доминируют разделяемые среды передачи данных, требующие выполнения определенной процедуры для получения права передачи кадра. В территориальных эта проблема устранена использованием полнодуплексных каналов точка-точка. Время доступа к среде складывается из номинального времени доступа и времени ожидания доступа. Номинальное время доступа определяется как время доступа к незагруженной среде, когда узел не конкурирует с другими узлами. Номинальное время доступа к незанятой среде Token Ring и FDDI в 5 - 10 раз превышает соответствующее время Ethernet, так как в незанятой сети Ethernet станция практически мгновенно получает доступ, а в сети Token Ring она должна дождаться прихода маркера доступа. Время ожидания - зависит от задержек, возникающих из-за разделения передающей среды между несколькими одновременно работающими станциями. Время ожидания зависит как от алгоритма доступа, так и от степени загруженности среды, причем зависимость времени ожидания от степени загрузки (коэффициента использования) сети для большинства протоколов носит экспоненциальный характер. Особенно чувствителен к загрузке сети Ethernet, уже загрузка 40-50% резко увеличивает время ожидания доступа и потери кадров, так и не получивших доступ к среде. Для Token Ring и FDDI этот предел находится на уровне 60-70%. Компания Hewlett-Packard, активно продвигающая на рынок технологию 100VG-AnyLAN, заявляла, что эти сети могут нормально работать и при загрузке в 95%.

Сети интерактивного кабельного телевидения.

Общее представление  о сетях интерактивного кабельного телевидения.

Сам по себе перевод телевидения с аналогового  вещания на цифровое расширяет некоторые  возможности передачи изображения, его адаптации к особенностям оборудования пользователя, но не меняет его сути. Немного меняет и перевод  среды распространения телевизионного сигнала с радиосреды на коаксиальный кабель. Перевод на оптоволокно увеличивает  количество одновременно передаваемых каналов, что, конечно, доставляет дополнительные удобства пользователю, но опять же не меняет сути телевидения.

Телевидение предлагает полностью сформированную программу, влияние зрителя на нее  осуществляется только косвенно –  через различный рейтинг, и соответственно, стоимость рекламного времени в  той или иной передаче. Зритель  выбирает смотреть или не смотреть ту или иную программу на том или ином канале, может записать любимый фильм на видеомагнитофон (если он у него есть) но программу канала он формировать не может.

Вместе  с тем развитие современных сетевых  технологий дает возможность сделать  телевидение по-настоящему интерактивным. Грядет интеграция цифрового телевидения, телефонии (включая видео-телефонию) и Internet, звуковые и видео письма уже реальность. Все большую популярность приобретают и видеоконференции по Internet. Сети современных технологий, таких как ATM, позволяют с приемлемым и даже отличным качеством передавать различную информацию, в том числе и телевизионную, внедрение xDSL в значительной мере снимает и проблему «последней мили». Возможность же динамически осуществлять заказ передач и вовсе тривиальна – поскольку здесь нет необходимости в реальном времени, это может осуществляться через любую прикладную технологию, хоть через WWW (например, заполнение форм HTML), хоть через электронную почту.

Схема построения интерактивной сети цифрового кабельного телевидения показана на рисунке 1.

Рисунок 1

Данная  схема, реализованная в США и  Канаде несколько лет назад, позволяет  клиентам индивидуально заказывать программу телевидения на неделю вперед. Базовый мультимедийный сервер может обслуживать отдельный  район города. В пределах квартала размещается промежуточный центр, где на локальный буферный сервер записываются фрагменты программ, заказанные локальными клиентами.  Даже современные  ограниченные скорости передачи оказываются  вполне достаточными. Во-первых люди не смотрят телевизор круглые сутки, это позволяет ночью или в  рабочее время, когда клиент на службе, произвести передачу нужных фрагментов ТВ-программы на локальный сервер. Во-вторых популярность фильмов и  программ не однородна, что позволяет  оптимизировать трафик за счет буферизации. Известно, что наиболее популярный фильм запрашивается примерно в  К раз чаще, чем фильм, занимающий К-ое место в списке популярности (эмпирический закон Ципфа (Zipf), выведенный из статистики контор по прокату видеокассет).

Помимо  этого в режиме меню можно получить данные о погоде, состоянии дорог, заказать билеты в театр или на самолет, а также вызвать на экран  нужную статью какой-то газеты. Заказанные фильмы копятся в сервере буферизации  и в требуемое время транслируются  для клиента-заказчика. Существующая инфраструктура кабельного телевидения  в США вполне пригодна для решения  таких задач. В реальном масштабе времени здесь передаются только новости и спортивные соревнования. В сочетании с технологией  групповой рассылки и с применением  систем сжатия видеоинформации это  позволяет оптимизировать использование  сетевых ресурсов.

Может претерпеть существенные изменения и реклама. Сейчас реклама на TV является не целевой. Все смотрят одни и те же ролики, большинство при этом чертыхаясь про себя. А ведь так же, как программу, можно задать и то, какого рода рекламная информация тебя интересует. И пусть каждый смотрит то, что ему интересно – кто про ароматизатор для туалета, кто про маршрутизатор для интернета. Хотя, конечно, здесь много нерешенных проблем.

Интеграция  Internet и цифрового телевидения может сильно повлиять и на газетный бизнес. Уже сейчас многие читают газеты через Internet. Даже в нашей стране многие общенациональные издания представляют электронные копии через Internet, есть и чистые Internet-издания. Разумеется, не каждая домохозяйка умеет (и хочет) иметь дело с ЭВМ. Но когда появится возможность вывода статей газет на экран телевизора, а при наличии дешевого принтера и распечатки их, ситуация может резко измениться. В принципе не нужно будет подписываться на какую-то конкретную газету. Можно подписаться на определенный объем данных, использовать поиск по ключевым словам, а затем, по аннотациям вызывать на экран только то, что заинтересовало. Эта технология сэкономит леса (никто же не захочет печатать всю газету), и устранит расходы по доставке газет на дом. В то же время социальные последствия еще более тесной интеграции различных средств массовой информации могут быть не столь радужными (Впрочем, они и так в плане информационной политики в высшей степени интегрированы, если не де-юре, то де-факто). В то же время Internet впервые предоставляет возможность общения любого гражданина земли с любым, даже с тем, о существовании которого он и не подозревал (кто-то уже нашел друзей на другом конце земли через ICQ, а уж сколько людей познакомились с этим через SPAM!). Это качественно меняет современную цивилизацию, создавая невиданные возможности и невиданные до сих пор угрозы. Впрочем, финансовые, правовые, и политические проблемы развития сетевых технологий за пределами нашего курса.