13.1. Povezana komunikacijska mreža Ruske Federacije - nacionalna prometna okosnica mreže
Za organizaciju razmjena informacija između pojedinih lokalnih i globalnih mreža postavlja se transportna mreža (TN) koja implementira usluge prijenosa protoka informacija između pojedinačnih pretplatnika, kao i pružanje informacijske usluge(kao što su: radio, TV, faks, itd.) potrošačima.
Prometna komunikacijska mreža (backhaul)je skup resursa koji obavljaju transportne funkcije u telekomunikacijskim mrežama. Uključuje ne samo prijenosne sustave, već i povezana sredstva kontrole, operativnog prebacivanja, redundancije i upravljanja.
Slika 13.1 - Telekomunikacijska mreža koja se sastoji od okosnice transportne mreže i pretplatnika koji su na nju povezani putem pristupnih mreža
U pravilu se prometne mreže postavljaju na nacionalnoj razini. U Ruskoj Federaciji takav prometni sustav je međusobno povezana komunikacijska mreža RF (VSS).
Međusobno povezana komunikacijska mreža današnje Rusije skup je mreža (Sl. 13.2):
mreže uobičajena uporaba,
Mreže odjela i komunikacijske mreže u interesu upravljanja, obrane, sigurnosti i provedbe zakona.
Istodobno, glavna komponenta VSS-a su javne komunikacijske mreže, otvorene za sve fizičke i pravne osobe na teritoriju Rusije.
Slika 13.2 - Struktura Oružanih snaga Ruske Federacije
Organizacijski, BSN je skup međusobno povezanih telekomunikacijskih mreža kojima upravljaju različiti telekom operateri kao pravne osobe ovlaštene za pružanje telekomunikacijskih usluga. Arhitektura ruskih oružanih snaga prikazana je na sl. 13.3.
Međusobno povezana komunikacijska mreža, kao komunikacijski sustav, hijerarhijski je trorazinski sustav:
Prva razina je primarna prijenosna mreža, koja predstavlja tipične kanale i grupne prijenosne putove za sekundarne mreže;
Druga razina su sekundarne mreže, odnosno komutirane i nekomutirane komunikacijske mreže (telefonske, dokumentarne telekomunikacije i sl.),
Pouzdanost poruka (sukladnost primljene poruke s poslanom);
Pouzdanost i stabilnost komunikacije, tj. sposobnost mreže da obavlja transportnu funkciju sa zadanim karakteristike izvedbe u svakodnevnim uvjetima,
Kada je izložen vanjskim destabilizirajućim čimbenicima.
Komunikacijski sustavi mogu zaštititi informacije od brojnih prijetnji njihovoj sigurnosti (blokiranje, neovlašten pristup na pojedinim elementima mreže itd.). Odgovornost za opće rješavanje pitanja informacijske sigurnosti (osiguravanje svojstava povjerljivosti, cjelovitosti i dostupnosti) leži na korisniku (vlasniku informacija).
Stabilnost komunikacijske mreže - to je njegova sposobnost održavanja performansi pod utjecajem različitih destabilizirajućih čimbenika. Određuje se pouzdanošću, izdržljivošću i otpornošću mreže na buku.
Za povećanje otpornosti WSS mreža koriste se različite mjere:
Optimizacija topologije komunikacijskih mreža radi pojednostavljenja njihove prilagodbe uvjetima koji proizlaze iz utjecaja različitih destabilizirajućih čimbenika, uključujući geopolitičke;
Racionalno postavljanje komunikacijskih struktura na terenu, uzimajući u obzir područja mogućeg uništenja, poplava, požara;
Primjena posebnih mjera za zaštitu mreža i njihovih elemenata od utjecaja izvora smetnji raznih vrsta;
Razvoj rezervacijskih sustava;
Provedba automatizirani sustavi upravljanje koje organizira restrukturiranje i obnovu mreža, održavajući njihovu učinkovitost u različitim uvjetima i tako dalje.
13.6. Faze razvoja prometnih i telekomunikacijskih mrežnih tehnologija
Telekomunikacijski sustavi prošli su kroz nekoliko faza u svom razvoju (slika 13.9). Na sl. 13.9, što je niži sloj koji odgovara tehnologiji, to je brži i stoga može osigurati prijenos tipova informacija iz gornjih tehnologija. Prijenos informacija između sekundarnih mreža izgrađenih na temelju različitih telekomunikacijskih tehnologija provodi se pomoću prijelaznih elemenata zvanih pristupnici, koji se nalaze na njihovim granicama.
U prvoj fazi izgrađena je primarna mreža na temelju standardnih kanala i TSA staza.
Drugu fazu karakterizira stvaranje digitalni sustavi prijenosi temeljeni na hijerarhiji plesiokronih digitalnih sustava koji su činili primarnu digitalnu mrežu. Istodobno, u obje faze razvoja, odgovarajući resurs primarne mreže u obliku standardnih kanala i staza bio je striktno dodijeljen odgovarajućim sekundarnim mrežama. Ovaj pristup, temeljen na krutom dodjeljivanju primarnih mrežnih resursa sekundarnim komunikacijskim mrežama, nije dopuštao dinamičku preraspodjelu primarnih mrežnih resursa u uvjetima nestacionarnog opterećenja različitim vrstama informacija, karakterizirala ga je uporaba različitih vrsta kanala. -oprema za oblikovanje i prebacivanje i nije bila ekonomski učinkovita. Prisutnost međusobnog postojanja ASP-a i DSP-a uzrokovala je potrebu rješavanja problema međusobnog sučelja analogni kanali i putova s digitalnim, što je također dovelo do dodatne složenosti i poskupljenja komunikacije (modemi, ADC-DAC, TMUX - transmultiplekseri).
Slika 13.9 - Faze razvoja telekomunikacijskih tehnologija
Sekundarne komunikacijske mreže u tim su se fazama u pravilu koristile križnim komutiranjem, tradicionalnim komutiranjem analognih i digitalnih kanala; u telegrafskim komunikacijskim mrežama korišteno je i komutiranje kanala i komutiranje poruka, prijenos podataka odvijao se preko nekomutiranih i komutiranih komunikacijskih kanala , kao i korištenje metode komutacije paketa Video i televizijske informacije su se prenosile preko širokopojasnih analognih ili brzih digitalnih prijenosnih putova namijenjenih za te svrhe, ASP odnosno DSP.
Treća faza u razvoju telekomunikacijskih sustava povezana je s pojavom novih tehnologija prijenosa informacija, kako pri izgradnji primarne mreže, tako i primjenom novih integriranih tehnologija za izgradnju sekundarne mreže.
U ovoj fazi sekundarne mreže osiguravaju zajednički prijenos različitih vrsta informacija u jednom digitalnom obliku, dinamički redistribuirajući raspoloživi resurs između poruka različitih vrsta informacija. Štoviše, unutar svake sekundarne mrežne tehnologije koristi se isti tip komutacijske opreme.
Osnova primarne mreže trećeg stupnja su digitalni prijenosni sustavi plesiokrone i sinkrone hijerarhije, koji osiguravaju funkcioniranje svih sekundarnih mreža koristeći razne metode operativna komutacija: brza komutacija krugova, brza komutacija paketa, komutacija okvira, paketa i ćelija.
U posljednje vrijeme, razvojem telekomunikacijskih sustava, razvija se koncept komunikacijske mreže sljedeće/nove generacije NGN (Next/New Generation Network). NGN koncept predviđa stvaranje nove multiservisne mreže, uz integraciju postojećih usluga s njom korištenjem distribuiranog softverskog komutiranja (soft-switch).
Evolucija korporativnih mreža od analogno-digitalne do NGN arhitekture ilustrirana je na slici. 13.10.
Slika 13.10 - Evolucija arhitekture telekomunikacijske mreže
Mreže sljedeće generacije (NGN) su novi mrežni koncept koji kombinira glas, kvalitetu usluge (QoS) i komutirane mreže s prednostima i učinkovitosti paketne mreže. NGN predstavljaju evoluciju postojećih telekomunikacijskih mreža, odražavajući spajanje mreža i tehnologija. Zahvaljujući tome, pruža se širok spektar usluga, od usluga klasične telefonije do razne usluge prijenos podataka ili njihovu kombinaciju.
NGN koncept – koncept izgradnje komunikacijskih mreža sljedeće/nove generacije(Mreža sljedeće/nove generacije), pružajući neograničen raspon usluga s fleksibilnim postavkama prema njihovim:
- upravljanje,
- personalizacija,
- stvaranje novih usluga kroz objedinjavanje mrežnih rješenja,
Multiservisna mreža – komunikacijska mreža koja je izgrađena u skladu s NGN konceptom i pruža neograničeni raspon infokomunikacijskih usluga(VoIP, Internet, VPN, IPTV, VoD, itd.).
NGN mreža – paketno komutirana mreža prikladna za pružanje telekomunikacijskih usluga i za korištenje više tehnologija širokopojasnog prijenosa s omogućenim QoS-om, u kojoj su funkcije povezane s uslugom neovisne o tehnologijama koje se koriste za pružanje prijenosa.
Mogućnosti NGN mreže:
- implementacija univerzalne transportne mreže s distribuiranim komutiranjem,
- prijenos funkcija pružanja usluga na krajnje mrežne čvorove,
- integracija s tradicionalnim komunikacijskim mrežama.
NGN mreža mora imati širok raspon sposobnosti – pružaju mogućnosti (infrastruktura, protokoli) u svrhu kreiranja, postavljanja i upravljanja svim mogućim vrstama usluga (poznatih ili još nepoznatih). Ovaj koncept uključuje usluge koje koriste podatke različitih vrsta (na primjer, glas, video, tekstualne podatke itd.) razne kombinacije i kombinacije s drugim tipovima podataka).
Prijenos se može izvesti sa svim vrstama shema kodiranja i tehnologijama prijenosa podataka, kao što su razgovorni prijenosi, adresiranje određeni uređaj, multicasting i emitiranje, usluge slanja poruka, jednostavan prijenos podataka u stvarnom vremenu i izvanmrežni način rada,usporavanje kašnjenja i usluge tolerantne na kašnjenje. Usluge s različitim zahtjevima propusnosti, sa ili bez zajamčene propusnosti, moraju biti podržane uzimajući u obzir tehničke mogućnosti korištenu tehnologiju prijenosa podataka.
Posebna pažnja u NGN mrežama pridaje se fleksibilnosti isporuke usluga kako bi se što potpunije zadovoljili svi zahtjevi korisnika. U nekim slučajevima također može biti moguće korisniku pružiti mogućnost prilagodbe usluga koje koriste. NGN mora podržavati otvorena sučelja za programiranje aplikacija za podršku kreiranju, pružanju i upravljanju uslugama.
Rezimirajući gore navedeno, možemo reći da modernog razvoja telekomunikacijskih mreža događa se integracijom svih funkcionalnosti svojstvenih modelu prometnih mreža. Integracija je dovela do stvaranja univerzalnih multiservisnih transportnih platformi s električnim i optičkim sučeljima, s električnim i optičkim komutiranjem kanala i paketa (okvira i ćelija), uz pružanje bilo koje vrste transportnih usluga, uključujući usluge automatski komutiranih optičkih mreža s signalizacijski protokoli koji se temelje na generaliziranom komutacijskom protokolu korištenjem GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching) oznaka.
Na sl. 13.11 predstavlja generaliziranu arhitekturu transportne platforme, koja ukazuje mogući izvori informacijsko opterećenje, protokoli koordinacije i transportne tehnologije temeljene na informacijama iz posla.
Slika 13.11 - Generalizirana arhitektura optičke multiuslužne transportne platforme
Oznake na sl. 13.11:
PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy - plesiokrona digitalna hijerarhija (brzine 2, 8, 34 i 140 Mbit/s);
N-ISDN, Narrowband Integrated Services Digital Network - uskopojasna digitalna mreža s integriranim uslugama (U-ISDN);
IP, Internet Protocol - mrežni protokol;
IPX, Internet Packet eXchange - mrežna razmjena paketa;
MPLS, Multi-Protocol Label Switching - preklapanje oznaka s više protokola;
GMPLS, Generalized MPLS - generalizirani protokol za prebacivanje oznaka;
SAN-ovi, Storage Area Networks - mreže za pohranu podataka (servisni poslužitelji, baze podataka);
ISCSI, internet Small Computer System Interface - protokol za uspostavljanje interakcije i upravljanje sustavima za pohranu podataka, poslužiteljima i klijentima;
HDTV, High-Definition Television - televizija visoke razlučivosti;
ESCON, Enterprise Systems Connection - povezivanje institucionalnih sustava (s bazama podataka, serverima);
FICON, Fiber Connection - optički priključak za prijenos podataka;
PPP, Point-to-Point Protocol - protokol od točke do točke;
RPR, Resilient Packet Ring - samoiscjeljujući paketni prsten protokol;
HDLC, High-level Data Link Control - protokol za kontrolu veze na visokoj razini;
GFP, Generic Framing Procedure - postupak formiranja općeg okvira.
Protokoli PPP, RPR, HDLC, GFP u transportnim mrežama obavljaju funkcije koordinacije informacijskih podataka iz izvora opterećenja s transportnim strukturama kako bi se povećala učinkovitost korištenja resursa tih struktura, na primjer, virtualni spremnici visokog i niskog reda u SDH mreži ili optičkim kanalima u OTN mreži, odnosno fizičkim resursima prijenosnih okvira Ethernet mreže.
Prijenosne mreže koje tvore žičane komunikacijske kanale između udaljenih bežičnih mreža su skup (Sl. 1.5):
– žičane komunikacijske vodove (linkove) kojima se prenose digitalni električni ili optički signali;
– mrežni čvorovi koji prenose signale (uključujući njihovo multipleksiranje/demultipleksiranje) s jedne žične linije na drugu preko preklopnika (slika 1.5 prikazuje strukturu transportne mreže koja sadrži 9 preklopnika međusobno povezanih s 15 komunikacijskih linija).
Suvremene prometne mreže povezani su tehnički sustavi, detaljne informacije o kojima čine zasebno područje znanja. Kratke informacije o karakteristikama ovih mreža, povezane s kasnijom prezentacijom informacija o BWN-u, su sljedeće (slika 1.6).
1. Hijerarhijska razina implementacije mreža služi kao osnova za njihovu podjelu na dvije vrste - primarne i superponirane mreže.
Primarne mreže (prijenosni sustav) osiguravaju fizički prijenos električni signali od izvora do konačnog čvora prometne mreže. Jedna od važnih funkcija primarnih mreža je multipleksiranje/demultipleksiranje signala razni izvori. Digitalni oblik signala koji se koristi u modernim transportnim mrežama odgovara vremenskom multipleksiranju.
TDM). Prema načinu sinkronizacije multipleksiranih signala razlikovati sljedeće vrste primarnih mreža:
– mreže s plesiokronom digitalnom hijerarhijom (PDH), u kojima su multipleksirani signali blizu sinkronih, ali ne i strogo sinkroni; takve mreže pružaju brzinu prijenosa digitalni signali do 150 Mbit/s;
– mreže sa sinkronom digitalnom hijerarhijom (SDH) u kojima je osiguran sinkronizam multipleksiranih signala, a takve mreže omogućuju brzine prijenosa digitalnog signala do 10 Gbit/s.
Riža. 1.5. Struktura prometne mreže
Očito je da brzine prijenosa protoka informacija u mrežama obje vrste omogućuju stvaranje transportne infrastrukture koja zadovoljava potrebe postavljanja modernih BWN-ova na njihovoj osnovi.
Prekrivajuće mreže temeljene na primarnim mrežama osiguravaju formiranje kanala žična komunikacija i prijenos poruka između ulaznih i izlaznih čvorova. Prekrivajuće mreže dopunjuju primarne mreže sa svim resursima potrebnim za pružanje žičanog prijenosa signala. Najčešći tipovi preklapajućih mreža: – javna komutirana telefonska mreža (Public Switche Telephone Network - PSTN), dizajnirana za pružanje kanala s brzinama prijenosa digitalnog toka do 64 kbit/s; takvi se kanali nazivaju osnovnim digitalnih kanala(Digitalni signal 0 – DS0 ili Bearer channel – kanal);
– Digitalna mreža integriranih usluga, osmišljena za pružanje 23 osnovna digitalna kanala u Sjedinjenim Državama i 30 – V Europa (ukupne brzine prijenosa podataka odnosno jednako 1,544 Mbit/s i 2,048 Mbit/s);
komutirana podatkovna mreža (Public Switched Data Network - PSDN) dizajnirana za provedbu paketnog prijenosa podataka; Primjer takve mreže je Internet.
Riža. 1.6. Kriteriji za klasifikaciju prometnih mreža
2. Način prijenosa poruka. Prema načinu prijenosa poruka sve transportne mreže razvrstavaju se prema dva kriterija: obliku prikaza poruka u vremenskoj domeni i načinu međusobnog povezivanja pretplatnika u procesu razmjene informacija.
Prema obliku prikazivanja u vremenu, poruka može biti kontinuirana (kružni način) ili paketna (paketni način). Kontinuirani oblik karakterizira nedjeljivost poruke tijekom cijele komunikacijske sesije; paketni oblik, naprotiv, karakterizira njezina podjela na dijelove, od kojih se svaki prenosi zasebno (uz naknadno vraćanje cjelovitosti poruke pomoću kombiniranje svih dijelova pravilnim redoslijedom od strane čvora primatelja). Kontinuitet poruke je ekvivalentan uspostavi zatvorene linije između izvornog i odredišnog čvora transportne mreže električna komunikacija(strujni krug),
što objašnjava podrijetlo engleskog izraza za oznake nepp trzavi prijenos. Paketizacija poruka kombinirana je s dva načine paketni prijenos – bilo jedan po jedan električni vod,nepromijenjeno za sve pakete poruka, ili kroz prijenosnu mrežu neovisno odašilju svaki paket, koji se u ovom slučaju nazivaju datagramima.
Oblik komunikacije između pretplatnika tijekom prijenosa poruka određen je postojanjem/nepostojanjem prethodnog dogovora između ugovornih strana o razmjeni poruka. Postoje dvije vrste pretplatničkih odnosa:
– komunikacija orijentirana na vezu, koja odgovara prijenosu poruka duž staze koja je nepromijenjena tijekom cijele komunikacijske sesije – uspostavljanje staze prethodi prijenosu poruke (na primjer, uzduž linija povezuju čvorove 1 – 4 – 5 – 9 na slici 1.5);
– komunikacija bez povezivanja (usmjerena na povezivanje), u kojoj se prijenos poruka mrežom provodi bez prethodnog utvrđivanja rute za njihov prijenos; implicira mogućnost prolaska različitih paketa/dijelova poruke kroz različite staze (na primjer, u mreži prikazanoj na sl. 1.5, kada se šalje poruka između čvorova 1-9, moguće je prenijeti jedan paket kroz čvorove 4-5 , drugi kroz čvorove 7-8, treći kroz čvorove 2-3).
Prijenos bez uspostavljanja veze može se izvršiti samo u obliku paketa (datagrama); kontinuirani prijenos poruka - samo kada je uspostavljena veza u transportnoj mreži; paketni oblik poruka može podrazumijevati mogućnost uspostavljanja veze, ali se ostvaruje bez nje. Primjer prijenosa paketa usmjerenog na vezu je prijenos IP paketa preko PSTN i ISDN mreža.
3. Komunikacijski kanali transportne mreže obično se klasificiraju na temelju oblika izvedbe veze između krajnjih čvorova linije i kapaciteta kanala.
Implementacija veze između čvorova može biti "fizička" ili virtualna.
Fizička veza se provodi formiranjem kompozitne linije, koja uključuje niz međučvornih linija od točke do točke i sklopke koje ih povezuju s fiksnim smjerom prebacivanja od dolazne do odlazne međučvorne linije. Na primjer, fizičko povezivanje čvorova 3 i 7 na Sl. 1.5 formira se stvaranjem kompozitne linije koja uključuje čvorove 3, 5, 6, 7 i tri internodalna segmenta. Tipičan primjer PSTN i ISDN mreže mogu poslužiti kao transportne mreže s fizičkom implementacijom veze (circuit mode).
Virtualna implementacija veze sastoji se od paketnog prijenosa poruka s konstantnom rutom u transportnoj mreži (tj. s konstantnom listom čvorova i spojnih linija). Konstantnost rute osigurava se pamćenjem smjera prijenosa paketa (packet switching) u mrežnim preklopnicima. Pohranjivanje se provodi ili samo tijekom trajanja prijenosa poruke, što odgovara konceptu komutiranog virtualnog kruga, ili dugo vremena, što odgovara konceptu stalnog virtualnog kanala.
Stvaranje promijenjenih kanala provodi se automatski na zahtjev izvora poruke, stvaranje trajni kanali- mrežni administrator. Primjeri virtualne mreže su PSDN mreže.
Kapacitet kanala, koji se odnosi na sposobnost potonjeg za prijenos informacija u određenom vremenskom razdoblju, određen je vrstom korištenih kabelskih linija i značajkama multipleksiranja signala u sklopkama. Suvremene transportne mreže koriste kabele s dvije vrste medija za vođenje (bakrena žica i optičko vlakno) i dvije gore navedene metode multipleksiranja - plesiokrono (PDH) i sinkrono (SDH). Tipična (ali ne i obavezna) kombinacija je korištenje ožičenih bakrenih vodova koji koriste PDH i vodova od optičkih vlakana koji koriste SDH. Prva kombinacija odgovara propusnosti do 150 Mbit/s, druga – do 10 Gbit/s. Tehnologija sinkronog multipleksiranja omogućuje da potonji bude "nadstrukturiran" u odnosu na plesiokrono: tako se linije niže brzine s plesiokronim digitalnim tokovima mogu povezati s linijama većih brzina sa sinkronim tokovima.
Digitalni tokovi plesiokrone mrežne tehnologije standardizirani su u tri verzije standarda: europski (Ex), američki (Tx) i japanski (Jx). Unatoč općim načelima, svaki od njih koristi različite koeficijente multipleksiranje na različitim razinama hijerarhije. Svaki od standarda pokriva nekoliko razina digitalne hijerarhije i ima nekoliko simbola koji opisuju tehnički podaci sučelje i odgovarajuća brzina prijenosa podataka:
– Ex standarde, u skladu s vrijednostima predviđenih brzina prijenosa podataka, označenih simbolima E0, El, E2, E3, E4, E5;
– Tx standardi, označeni kao Tl, T2, TZ, T4 i T5 (usvojeni u SAD-u, Japanu i Koreji);
– Jx standardi, označeni kao Jl, J2, J3, J4, J5, iako je češća druga oznaka: DS1, DS2, DS3, DS4, DS5, koja se pojavila kao rezultat usklađivanja japanske i američke verzije standarda zbog na sličnost njihovih karakteristika (stvarna sličnost javlja se za prve dvije hijerarhijske razine).
Osnovni digitalni tokovi oba standarda – E0 i DS0 – odgovaraju iste vrijednosti brzine prijenosa podataka – 64 kbit/s. Hijerarhija brzina digitalnog toka za E- i T-verzije data je u tablici. 1.1. U praksi se najčešće koriste digitalne linije El, T1 i EZ, TZ,
SDH sustavi koji su u skladu s međunarodnim standardima za sinkrone primarne transportne mreže i SONET sustavi (Synchronous Opti< Network), отвечающие стандартам США, обеспечивают мультиплексирован цифровых потоков со скоростями порядка сотен и тысяч Мбит/с, что на jedan-j poredak premašuje vrijednosti brzine u plesiokronim sustavima. Djelomično preklapanje standardiziranih vrijednosti brzine digitalnih tokova dviju vrsta odgovara gornjim hijerarhijskim razinama PDH i nižim hijerarhijskim razinama SDH. Osnovna vrijednost STM-0 brzine sinkronih transportnih sustava (Synchronous Transport Mode - STM) odgovara bitnom toku od 48,96 Mbit/s. Podaci o brzinama prijenosa podataka viših razina (STM-x) prikazani su u tablici. 1.2.
Svjetlovodni kabeli omogućuju prijenos podataka brzinama do 10 Gbit/s, što odgovara standardu STM-64 (5. razina hijerarhije brzina). Razlike u brzinama prijenosa korisnog tereta (paylo; i ukupna brzina protoka u linijama (line rate) povezane su s "režijskim troškovima] uzrokovanim potrebom da se korisnim informacijama pridruže različite vrste servisnih poruka koje osiguravaju sinkroni prijenos)
