Службы обмена данными.

19.11.2019 12:37
Сети Х.25.
    Сети Х.25 являются на сегодняшний день самыми распространенными сетями с коммутацией пакетов, используемыми для построения корпоративных сетей.
    Данные сети могут работать на ненадежных линиях передачи информации благодаря протоколам с установлением соединения и коррекцией ошибок на двух уровнях — канальном и сетевом.
    Сети Х.25 базируются на следующих основополагающих принципах организации, отличающих их от других:
• наличие в структуре сети специального устройства — PAD (Packet Assembler Disassembler), предназначенного для выполнения операции сборки нескольких низкоскоростных потоков байт от алфавитно-цифровых терминалов в паке¬ты, передаваемые по сети и направляемые компьютерам для обработки;
• наличие трехуровневого стека протоколов с использованием на канальном и сетевом уровнях протоколов с установлением соединения, управляющих потоками данных и исправляющих ошибки;
• ориентация на однородные стеки транспортных протоколов во всех узлах сети — сетевой уровень рассчитан на работу только с одним протоколом канального уровня и не может подобно протоколу IP объединять разнородные сети.
    Дополнительными устройствами в сети Х.25 являются также коммутаторы (центры коммутации пакетов), расположенные в различных географических областях и соединенные высокоскоростными каналами связи, обеспечивающими обмен данными между ними (рис. 52).
 
Рис.62 Структура построения сети Х.25.
 
    Этот стандарт изначально предназначался для организации WAN (глобальная сеть, охватывающая большие территории) на основе телефонных сетей с линиями с достаточно высокой частотой ошибок, поэтому содержит развитые механизмы коррекции ошибок. Ориентирован на работу с установлением соединений. Исторически является предшественником протокола Frame Relay.
    X.25 обеспечивает множество независимых виртуальных каналов (Permanent Virtual Circuits, PVC и Switched Virtual Circuits, SVC) в одной линии связи, идентифицируемых в X.25-сети по идентификаторам подключения к соединению, идентификаторам логического канала (Logical Channel Identifier, LCI) или номеру логического канала (Logical Channel Number, LCN).
    Благодаря надёжности протокола и его работе поверх телефонных сетей общего пользования X.25 широко использовался как в корпоративных сетях, так и во всемирных специализированных сетях предоставления услуг, таких как SWIFT (банковская платёжная система, прекратили использование в 2005 году) и SITA (фр. Société Internationale de Télécommunications Aéronautiques — система информационного обслуживания воздушного транспорта), однако в настоящее время X.25 вытесняется другими технологиями канального уровня (Frame Relay, ISDN, ATM) и протоколом IP, оставаясь, однако, достаточно распространённым в странах и территориях с неразвитой телекоммуникационной инфраструктурой.
 
Уровень передачи данных ATM.
    Основы технологии ATM были разработаны независимо во Франции и США в 1970-х двумя учёными: Jean-Pierre Coudreuse, который работал в исследовательской лаборатории France Telecom, и Sandy Fraser, инженер Bell Labs. Они оба хотели создать такую архитектуру, которая бы осуществляла транспортировку как данных, так и голоса на высоких скоростях, и использовала сетевые ресурсы наиболее эффективно.
    Компьютерные технологии создали возможность для более быстрой обработки информации и более скоростной передачи данных между системами. В 80-х годах XX века операторы телефонной связи обнаружили, что неголосовой трафик более важен и начинает доминировать над голосовым. Был предложен проект ISDN, который описывал цифровую сеть с коммутацией пакетов, предоставляющую услуги телефонной связи и передачи данных. Цифровые системы передачи, сначала плезиохронные системы (PDH) на основе ИКМ, а затем синхронные системы передачи (SDH) иерархии на основе оптоволокна, позволяли обеспечить передачу данных на высокой скорости с малыми вероятностями двоичных ошибок. Но существующая технология коммутации пакетов (прежде всего, по протоколу X.25) не могла обеспечить передачу трафика в реальном масштабе времени (например, голоса), и многие сомневались, что когда-либо обеспечит. Для передачи трафика в реальном масштабе времени в общественных телефонных сетях применяли технологию коммутации каналов (КК). Эта технология идеальна для передачи голоса, но для передачи данных она неэффективна. Поэтому телекоммуникационная индустрия обратилась к ITU для разработки нового стандарта для передачи данных и голосового трафика в сетях с широкой полосой пропускания. В конце 80-х Международным телефонным и телеграфным консультативным комитетом CCITT (который затем был переименован в ITU-T) был разработан набор рекомендаций по ISDN второго поколения, так называемого B-ISDN (широкополосный ISDN), расширения ISDN. В качестве режима передачи нижнего уровня для B-ISDN был выбран ATM.
    Технология передачи данных ATM (Asynchronous Transfer Mode — асинхронный режим передачи) основана на передаче данных пакетами фиксированной длины размером 53 байта (рис. 53).
 
Рис. 53. Формат пакета данных ATM.
 
    Сети ATM предполагают передачу данных при установленном соединении, т. е. сначала устанавливается соединение между источником информации и приемником и только затем начинается передача пакетов данных, после чего соединение разрывается.
 
Сети SDH.
    Появление стандартов синхронной цифровой иерархии передачи данных (SDH) в 1988 году ознаменовало собой новый этап развития транспортных сетей. Технология SDH широко используется для организации надежной передачи данных. SDH была разработана для того, чтобы получить стандартный протокол для взаимодействия провайдеров — поставщиков сетевых услуг; унифицировать американские, европейские и японские цифровые системы; обеспечить мультиплексирование цифровых сигналов на гигабитных скоростях; обеспечить поддержку функций эксплуатации и технического обслуживания ОА&М (operation, administration and maintenance — функционирование, администрирование и техническое обслуживание).
    SDH (Synchronous Digital Hierarchy) – синхронная цифровая иерархия – технология передачи высокоскоростных данных на большие расстояния с использованием в качестве физической среды проводных, оптических и радиолиний связи.
    Системы синхронной передачи не только преодолели ограничения систем-предшественниц (PDH), но и снизили накладные расходы на передачу информации. Ряд уникальных достоинств — доступ к низкоскоростным каналам без полного демультиплексирования всего потока, высокая отказоустойчивость, развитые средства мониторинга и управления, гибкое управление постоянными абонентскими соединениями — обусловил ее высокий темп развития, ставший основой первичных сетей нового поколения.
    Стек протоколов SDH состоит из протоколов четырех основных уровней (рис. 54):
• фотонный уровень имеет дело с кодированием битов информации путем модуляции света. Для кодирования оптического сигнала применяется потенциальный код NRZ, обладающий свойствами самосинхронизации.
• уровень секции поддерживает физическую целостность сети. Регенераторной секцией в технологии SDH называется каждый непрерывный отрезок волоконно-оптического кабеля, который соединяет между собой такие, например, пары устройств SONET/SDH, как мультиплексор и регенератор, регенератор и регенератор, но не два мультиплексора. Компоненты регенераторной секции поддерживают протокол, который имеет дело с определенной частью заголовка кадра, называемой заголовком регенераторной секции (Regenerator Section OverHead, RSOH), и который на основе служебной информации может проводить тестирование секции и выполнять операции административного контроля.
• уровень линии отвечает за передачу данных по линии между двумя мультиплексорами сети, поэтому линию также часто называют мультиплексной секцией. Протокол этого уровня работает с кадрами уровней STM-N для выполнения различных операций мультиплексирования и демультиплексирования, а также вставки и удаления пользовательских данных. Кроме того, протокол линии ответственен за реконфигурирование линии в случае отказа какого-либо ее элемента — оптического волокна, порта или соседнего мультиплексора. STM — это синхронный транспортный модуль, то есть логическая структура для передачи информационного потока со скоростью 155 Мбит/с, если это STM-1, его можно заполнить 63 потоками Е1. Данные в STM передаются посредством разделения всей полосы канала на базовые трансмиссионные элементы, называемые временными каналами или слотами. Слоты объединены в обойму, содержащую фиксированное число каналов, пронумерованных от 1 до N. Каждому слоту ставиться в соответствие одно соединение. Каждая из обойм (их тоже может быть несколько - от 1 до М), определяет свой набор соединений. Обойма предоставляет свои слоты для установления соединения с периодом Т. При этом гарантируется, что в течение этого периода необходимая обойма будет доступна. Параметры N, M и Т определяются соответствующими комитетами по стандартизации и различаются в Америке и Европе. В рамках канала STM каждое соединение ассоциируется с фиксированным номером слота в конкретной обойме. Однажды захваченный слот остается в распоряжении соединения в течение всего времени существования этого соединения. Служебная информация мультиплексной секции располагается в части заголовка кадра, называемой заголовком мультиплексной секции (Multiplex Section OverHead, MSOH).
• уровень тракта отвечает за доставку данных между двумя конечными пользователями сети. Тракт — это составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол тракта должен принять данные, поступающие в пользовательском формате, например формате Т-1, и преобразовать их в синхронные кадры STM-N.
 
 
Рис.54. Организация сети SDH.
    
    На сегодняшний день технология SDH считается не только перспективной, но и достаточно апробированной технологией для создания транспортных сетей. В сотовых системах связи SDH получил достаточно широкое распространение. Преимущественно он используется при строительстве магистральных линий связи. Особенно актуальная технология SDH становится после появления первых сетей 3G, таких как UMTS, которые предусматривают значительно увеличение объемов передаваемых данных. Благодаря возможности масштабирования скоростей можно с уверенностью сказать, что SDH будет актуальна и при строительстве сетей сотовой связи 4G, например LTE.
    Данная технология пришла на смену PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), которая обладала существенным недостатком: сложностью выделения из высокоскоростных потоков низкоскоростных трибутарных каналов. Причина заключается в том, что потоки более высокого уровня в PDH получаются путем последовательного мультиплексирования. Соответственно, для выделения потока необходимо развертывать весь поток, т.е. проводить операцию демультиплексирования. При этом придется устанавливать дорогостоящее оборудование в каждом пункте, где необходима такая процедур,что значительно увеличивает стоимость строительства и эксплуатации высокоскоростных линий PDH. Технология SDH призвана решить эту проблему. Скорости для SDH уже не ограничиваются 500 Мбит/сек, как это было в PDH.
    Технология SDH обладает рядом важных достоинств с пользовательской, эксплуатационной и инвестиционной точек зрения:
• умеренная структурная сложность, снижающая затраты на монтаж, эксплуатацию и развитие сети, в том числе подключение новых узлов;
• широкий диапазон возможных скоростей — от 155,520 Мбит/с (STM-1) до 2,488 Гбит/с (STM-16) и выше;
• возможность интеграции с каналами PDH, поскольку цифровые каналы PDH являются входными каналами для сетей SDH;
• высокая надежность системы благодаря централизованному мониторингу и управлению, а также возможности использования резервных каналов;
• высокая степень управляемости системы благодаря полностью программному управлению;
• возможность динамического предоставления услуг — каналы для абонентов могут создаваться и настраиваться динамически, без внесения изменений в инфраструктуру системы;
• высокий уровень стандартизации технологии, что облегчает интеграцию и расширение системы, дает возможность применения оборудования различных производителей;
• высокая степень распространения стандарта в мировой практике.
    Стандарт SDH обладает достаточной степенью зрелости, что делает его надежным для инвестиций.
    В дополнение к перечисленным достоинствам необходимо отметить развитие магистральных телекоммуникаций российских операторов связи на основе SDH, что предоставляет дополнительные возможности для привлекательных интеграционных решений. Перечисленные достоинства делают решения, основанные на технологии SDH, рациональными с точки зрения инвестиций. В настоящее время она может считаться базовой для построения современных транспортных сетей как для корпоративных сетей различного масштаба, так и для сетей связи общего пользования.
Назад