13.1. Rețeaua de comunicații interconectată a Federației Ruse - rețeaua dorsală națională de transport
Pentru organizare schimb de informatii o rețea de transport (TS) este implementată între rețelele locale și globale individuale, care implementează servicii pentru transportul fluxurilor de informații între abonați individuali, precum și furnizarea de servicii de informare(cum ar fi: radio, TV, fax etc.) către consumatori.
Rețeaua de comunicații de transport (backhaul)este un ansamblu de resurse care îndeplinesc funcții de transport în rețelele de telecomunicații. Include nu numai sisteme de transmisie, ci și mijloace aferente de control, comutare operațională, redundanță, control.
Figura 13.1 - Rețea de telecomunicații alcătuită dintr-o rețea de transport backbone și abonați conectați la aceasta prin rețele de acces
De obicei, rețelele de transport sunt implementate la nivel național. În Federația Rusă, un astfel de sistem de transport este o rețea de comunicații interconectată RF (VSS).
Rețeaua de comunicații interconectată a Rusiei de astăzi este un set de rețele (Fig.13.2):
Rețele uz comun,
Rețele departamentale și rețele de comunicații în beneficiul managementului, apărării, securității și aplicării legii.
În același timp, componenta principală a ARIA sunt rețelele publice de comunicații, deschise tuturor persoanelor fizice și juridice de pe teritoriul Rusiei.
Figura 13.2 - Structura ARIA RF
Din punct de vedere organizațional, WSS este un set de rețele de telecomunicații interconectate conduse de diverși operatori de telecomunicații ca persoane juridice îndreptățite să furnizeze servicii de telecomunicații. Arhitectura RF VSS este prezentată în Fig. 13.3.
O rețea de comunicații interconectată, ca sistem de comunicații, este un sistem ierarhic pe trei niveluri:
Primul nivel este rețeaua de transmisie primară, reprezentând canale tipice și căi de transmisie multicast pentru rețelele secundare;
Al doilea nivel este rețelele secundare, adică rețelele de comunicații comutate și necomutate (telefon, telecomunicații documentare etc.),
Fiabilitatea mesajelor (corespondența mesajului primit cu cel transmis);
Fiabilitatea și stabilitatea comunicării, de ex. capacitatea rețelei de a îndeplini funcția de transport cu dat caracteristici de performanta in conditii de zi cu zi,
Când este expus la factori externi destabilizatori.
Sistemele de comunicații pot proteja informațiile de o serie de amenințări la adresa securității acesteia (blocare, acces neautorizat pe elemente individuale de rețea etc.). Responsabilitatea pentru soluționarea generală a problemelor de securitate a informațiilor (asigurarea proprietăților de confidențialitate, integritate și disponibilitate) revine utilizatorului (deținătorul informațiilor).
Stabilitatea rețelei de comunicații - aceasta este capacitatea sa de a menține performanța sub influența diverșilor factori destabilizatori. Este determinat de fiabilitatea, supraviețuirea și imunitatea la zgomot a rețelei.
Sunt utilizate diferite măsuri pentru a crește rezistența rețelelor WSS:
Optimizarea topologiei rețelelor de comunicații pentru a simplifica adaptarea acestora la condițiile rezultate din impactul diferiților factori destabilizatori, inclusiv geopolitici;
Amplasarea rațională a mijloacelor de comunicație la sol, ținând cont de zonele de posibile distrugeri, inundații, incendii;
Aplicarea de măsuri speciale pentru protejarea rețelelor și a elementelor acestora de influența surselor de interferență de variată natură;
Dezvoltarea sistemelor de rezervare;
Implementarea sisteme automatizate managementul organizează lucrările de restructurare și refacere a rețelelor, menținând performanța acestora în conditii diferite si etc.
13.6. Etapele dezvoltării tehnologiilor pentru rețelele de transport și telecomunicații
Sistemele de telecomunicații au trecut prin mai multe etape în dezvoltarea lor (Figura 13.9). În fig. 13.9, cu cât stratul corespunzător tehnologiei se află mai jos, cu atât este mai mare viteză și, prin urmare, poate asigura transferul de tipuri de informații ale tehnologiilor superioare. Transferul de informații între rețelele secundare, construite pe baza diverselor tehnologii de telecomunicații, se realizează cu ajutorul elementelor de tranziție, numite gateway-uri, care se află la granițele acestora.
În prima etapă, rețeaua primară a fost construită pe baza canalelor și căilor ASP tipice.
A doua fază a fost caracterizată de creație sisteme digitale transmisii bazate pe ierarhia sistemelor digitale plesiocrone care formau rețeaua digitală primară. În același timp, în ambele etape de dezvoltare, resursa corespunzătoare a rețelei primare a fost fixată rigid sub formă de canale și căi standard pentru rețelele secundare corespunzătoare. Această abordare, bazată pe atribuirea rigidă a resurselor rețelei primare către rețelele secundare de comunicații, nu a permis redistribuirea dinamică a resurselor rețelei primare în condițiile unei încărcări nestaționare de diferite tipuri de informații, a fost caracterizată. prin utilizarea diferitelor tipuri de echipamente de formare și comutare a canalelor și nu a fost eficientă din punct de vedere economic. Prezența existenței reciproce a ASP și a DSP a făcut necesară rezolvarea problemei interfeței unul cu celălalt canale analogiceși căi cu digital, ceea ce a dus și la o complicație suplimentară și creșterea costului comunicațiilor (modemuri, ADC-DAC, TMUX - transmultiplexoare).
Figura 13.9 - Etapele dezvoltării tehnologiilor de telecomunicații
Rețelele de comunicații secundare în aceste etape foloseau, de regulă, comutația încrucișată, comutarea tradițională a canalelor analogice și digitale, în rețelele de comunicații telegrafice, s-au folosit atât comutarea canalelor, cât și comutarea mesajelor, transmisia datelor s-a realizat prin canale de comunicații necomutate și comutate. , precum și utilizarea metodei de comutare de pachete. Informațiile video și de televiziune au fost transmise pe căi dedicate de transmisie analogică de bandă largă sau digitală de mare viteză, AAS și, respectiv, DSP.
A treia etapă în dezvoltarea sistemelor de telecomunicații este asociată cu apariția noilor tehnologii de transmitere a informațiilor, atât în construcția unei rețele primare, cât și în utilizarea noilor tehnologii de tip integral pentru construcția rețelelor secundare.
În această etapă, rețelele secundare asigură într-o formă digitală unică transmiterea în comun a diverselor tipuri de informații, realizând o redistribuire dinamică a resursei disponibile între mesaje de diferite tipuri de informații. În același timp, în cadrul fiecărei tehnologii a rețelei secundare, se utilizează același tip de echipament de comutare.
Baza rețelei primare a etapei a treia este formată din sistemele digitale de transmisie a ierarhiilor plesiocrone și sincrone, care asigură funcționarea tuturor rețelelor secundare folosind metode diferite comutare operațională: comutare rapidă de canal, comutare rapidă de pachete, comutare de cadru, pachet și celulă.
Recent, odată cu dezvoltarea sistemelor de telecomunicații, conceptul de rețelele de comunicații ale următoarei / noii generații NGN (Next / New Generation Network). Conceptul NGN prevede crearea unei noi rețele multiservicii, integrând în același timp serviciile existente cu aceasta folosind comutarea software distribuită (soft-switches).
Evoluția rețelelor corporative de la arhitectura analog-digitală la NGN este ilustrată în Fig. 13.10.
Figura 13.10 - Evoluția arhitecturii rețelelor de telecomunicații
Rețelele de generație următoare (NGN) sunt un nou concept de rețea care combină vocea, calitatea serviciului (QoS) și rețelele comutate cu beneficiile și eficiența unei rețele bazate pe pachete. NGN înseamnă evoluția rețelelor de telecomunicații existente, reflectată în convergența rețelelor și tehnologiilor. Datorită acesteia, este oferită o gamă largă de servicii, de la servicii de telefonie clasică până la diverse servicii transmisia de date sau o combinație a acestora.
Conceptul NGN - conceptul de construire a rețelelor de comunicații de generație următoare/nouă(Următorul / Rețeaua NewGeneration)oferind un set nelimitat de servicii cu setări flexibile pentru:
- management,
- personalizare,
- crearea de noi servicii prin unificarea soluțiilor de rețea,
Rețea multiservicii - rețea de comunicații, care este construită în conformitate cu conceptul NGN și oferă un set nelimitat de servicii de infocomunicații(VoIP, Internet, VPN, IPTV, VoD etc.).
Rețeaua NGN - o rețea cu comutare de pachete adecvată pentru furnizarea de servicii de telecomunicații și pentru utilizarea mai multor tehnologii de transport în bandă largă cu QoS activat, în care funcțiile legate de serviciu sunt independente de tehnologiile de transport aplicate.
Capacitățile rețelei NGN:
- implementarea unei rețele de transport universal cu comutare distribuită,
- transferarea funcțiilor de furnizare a serviciilor către nodurile rețelei terminale,
- integrarea cu rețelele tradiționale de comunicații.
NGN trebuie să aibă o gamă largă capabilități - pentru a oferi capabilități (infrastructură, protocoale) în scopul creării, implementării și gestionării tuturor tipurilor posibile de servicii (cunoscute sau necunoscute încă). Acest concept include servicii care utilizează date de diferite tipuri (de exemplu, voce, video, date text etc. diverse combinatiiși combinații cu alte tipuri de date).
Transmisia poate fi efectuată cu toate tipurile de scheme de codare și tehnologii de transmisie a datelor, de exemplu, transmisii de dialog, cu adresare dispozitiv specific, multicast și broadcast, servicii de mesagerie, transmitere simplă de date în timp real și deconectat, limitarea latenței și servicii rezistente la latență. Serviciile cu cerințe diferite de lățime de bandă, cu sau fără lățime de bandă garantată, ar trebui să fie acceptate ținând cont capabilități tehnice a folosit tehnologia de transmisie a datelor.
În rețelele NGN, o atenție deosebită este acordată flexibilității implementării serviciilor în efortul de a satisface pe deplin toate cerințele clienților. În unele cazuri, este, de asemenea, posibil să ofere utilizatorului posibilitatea de a personaliza serviciile pe care le utilizează. NGN trebuie să accepte interfețe deschise de programare a aplicațiilor pentru a sprijini crearea, furnizarea și gestionarea serviciilor.
Rezumând cele de mai sus, putem spune că dezvoltare modernă reţelele de comunicaţii de telecomunicaţii se realizează prin integrarea tuturor funcţionalităţilor înglobate în modelul reţelelor de transport. Integrarea a condus la crearea unor platforme universale de transport multiservicii cu interfețe electrice și optice, cu comutare electrică și optică a canalelor și pachetelor (cadre și celule), cu furnizarea de toate tipurile de servicii de transport, inclusiv servicii de rețele optice comutate automat cu protocoale de semnalizare bazate pe un protocol de comutare generalizat prin etichete GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching).
În fig. 13.11 prezintă o arhitectură generalizată a platformei de transport, care precizează surse posibileîncărcare informațională, protocoale de coordonare și tehnologii de transport pentru informații de la locul de muncă.
Figura 13.11 - Arhitectura generalizată a unei platforme optice de transport multiservicii
Smochin. 13.11:
PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy - ierarhie digitală plesiochronous (viteze 2, 8, 34 și 140 Mbit/s);
N-ISDN, Narrowband Integrated Services Digital Network - rețea digitală de bandă îngustă cu servicii integrate (U-ISDN);
IP, Internet Protocol - Internet protocol;
IPX, Internet Packet eXchange - schimb de pachete prin interconectare;
MPLS, Multi-Protocol Label Switching - comutare multi-protocol label;
GMPLS, Generalized MPLS - protocol generalizat de comutare a etichetei;
SAN, Storage Area Networks - retele de stocare a datelor (servere de servicii, baze de date);
ISCSI, internet Small Computer System Interface - protocol pentru stabilirea interacțiunii și managementul sistemelor de stocare, servere și clienți;
HDTV, High-Definition Television - televiziune de înaltă definiție;
ESCON, Enterprise Systems Connection - conectarea sistemelor de birou (cu baze de date, servere);
FICON, Fibre Connection - conexiune prin fibră pentru transmiterea datelor;
PPP, Point-to-Point Protocol - protocol punct-la-punct;
RPR, Resilient Packet Ring - protocol de inel de pachete cu auto-vindecare;
HDLC, High-level Data Link Control - protocol de control al canalului de nivel înalt;
GFP, Generic Framing Procedure - procedura generală de formare a cadrului.
Protocoalele PPP, RPR, HDLC, GFP în rețelele de transport îndeplinesc funcțiile de coordonare a datelor informaționale din sursele de încărcare cu structurile de transport pentru a crește eficiența utilizării resurselor acestor structuri, de exemplu, containere virtuale de ordin înalt și inferior în SDH rețeaua sau canalele optice din rețeaua OTN sau resursele fizice ale cadrelor de transmisie Ethernet.
Rețelele de transport care formează canale de comunicație prin cablu între rețelele fără fir de la distanță sunt o combinație (Fig. 1.5):
- linii de comunicație cu fir (legături) prin care sunt transmise semnale electrice sau optice digitale;
- noduri de rețea care transmit semnale (inclusiv multiplexarea/demultiplexarea acestora) de la o linie de fir la alta prin intermediul comutatoarelor (Figura 1.5 prezintă structura unei rețele de transport care conține 9 comutatoare interconectate prin 15 linii de comunicație).
Rețelele moderne de transport sunt sisteme tehnice legate, informații detaliate despre care constituie o zonă separată de cunoaștere. Informații succinte despre caracteristicile acestor rețele, legate de prezentarea ulterioară a informațiilor despre BWN, sunt următoarele (Fig. 1.6).
1. Nivelul ierarhic al implementării rețelei servește drept bază pentru împărțirea lor în două tipuri - rețele primare și suprapuse.
Rețelele primare (sistemul de transmisie) asigură transferul fizic semnale electrice de la sursă până la nodul final al rețelei de transport. Una dintre funcțiile importante ale rețelelor primare este multiplexarea/demultiplexarea semnalelor diverse surse... Forma digitală a semnalului, care este utilizată în rețelele moderne de transport, corespunde multiplexării pe diviziune în timp (Time Division Multiplexing -
TDM). Prin modul de sincronizare a semnalelor multiplexate distinge următoarele tipuri de rețele primare:
- reţele cu ierarhie digitală plesiocronă (PDH), în care semnalele multiplexate sunt apropiate de sincrone, dar nu strict sincrone; astfel de rețele oferă rate de transfer digital semnale de până la 150 Mbit/s;
- rețele cu ierarhie digitală sincronă (SDH) în care este asigurată sincronizarea semnalelor multiplexate - astfel de rețele asigură o rată de transmisie a semnalului digital de până la 10 Gbit/s.
Orez. 1.5. Structura rețelei de transport
Evident, ratele de transfer ale fluxurilor de informații în ambele tipuri de rețele permit crearea pe baza acestora a unei infrastructuri de transport care să răspundă nevoilor de desfășurare a BWN-urilor moderne.
Rețelele de suprapunere bazate pe rețelele primare oferă modelarea canalului comunicare prin cabluși transferul de mesaje între nodurile de intrare și de ieșire. Rețelele suprapuse completează rețelele primare cu toate resursele necesare pentru a asigura transportul semnalului prin cablu. Cele mai comune tipuri de rețele suprapuse: - rețea publică de telefonie comutată (PSTN), concepută pentru a furniza canale cu o rată de biți de până la 64 kbps fluxuri digitale; astfel de canale se numesc de bază canale digitale(Semnal digital 0 - DS0 sau canal purtător - canal);
- o rețea digitală cu servicii integrate (Integrated Services Digital Network), concepută pentru a furniza 23 de canale digitale de bază în Statele Unite și 30 - v Europa (ratele de date agregate respectiv egal cu 1,544 Mbps și 2,048 Mbps);
rețea de transmisie de date comutată (Public Switched Data Network - PSDN) destinată implementării transmisiei de date sub formă de pachete; un exemplu de astfel de rețea este Internetul.
Orez. 1.6. Criterii de clasificare a rețelelor de transport
2. Modul de transmitere a mesajelor. După metoda de transmitere a mesajelor, toate rețelele de transport sunt clasificate după două criterii: forma de prezentare a mesajelor în domeniul temporal și metoda de interconectare a abonaților în procesul de schimb de informații.
În ceea ce privește reprezentarea timpului, mesajul poate fi continuu (mod circuit) sau pachet (mod pachet). Forma continuă se caracterizează prin indivizibilitatea mesajului în timpul sesiunii de comunicare, lotul, dimpotrivă, prin împărțirea acestuia în părți, fiecare dintre acestea fiind transmisă separat (cu restabilirea ulterioară a integrității mesajului prin combinarea tuturor părților în ordinea corectă de către nodul destinatarului). Continuitatea mesajului este echivalentă cu stabilirea unei linii închise între nodurile sursă și destinație ale rețelei de transport. comunicare electrică(circuit),
ceea ce explică originea termenului englezesc pentru denumiri transmisie nepp breakout. Ambalajul mesajelor este combinat cu două moduri transmisie de pachete - fie printr-un singur linie electrică,neschimbat pentru toate pachetele mesajului, sau prin intermediul transmiterii independente a fiecărui pachet de către rețeaua de transport, care în acest caz se numesc datagrame.
Forma relației abonaților în timpul transportului de mesaje este determinată de prezența/absența unui acord prealabil al părților de contact cu privire la schimbul de mesaje. Există două tipuri de comunicare cu abonatul:
- comunicare orientată spre conexiune, corespunzătoare transportului mesajelor de-a lungul unei căi neschimbate pe parcursul sesiunii de comunicare - stabilirea căii precede transmiterea mesajului (de exemplu, peste nodurile de legătură ale liniilor 1 - 4 - 5 - 9 din Fig. .1,5);
- comunicare fără conexiune (orientată fără conexiune), în care transportul mesajelor prin rețea se realizează fără stabilirea prealabilă a rutei de transmitere a acesteia; implică posibilitatea de a trece diferite pachete/părți ale mesajului în moduri diferite (de exemplu, în rețeaua prezentată în Fig. 1.5, la transmiterea unui mesaj între nodurile 1-9, este posibilă transmiterea unui pachet prin nodurile 4-5). , altul - prin nodurile 7-8, un al treilea - prin nodurile 2-3).
Transmisia fără conexiune poate fi efectuată numai sub formă de pachet (datagramă); transmiterea continuă a mesajelor - numai atunci când se stabilește o conexiune în rețeaua de transport; mesajele în lot pot implica conectivitate, dar nu se conectează. Un exemplu de transmisie de pachete orientată spre conexiune este transmisia de pachete IP prin rețelele PSTN și ISDN.
3. Canalele de comunicații ale rețelei de transport sunt de obicei clasificate pe baza formei de implementare a conexiunii dintre nodurile de capăt ale liniei și lățimea de bandă a canalelor.
Implementarea conexiunii dintre noduri poate fi atât „fizică”, cât și virtuală.
Conexiunea fizică se realizează prin formarea unei linii concatenate care include un număr de linii inter-nodale punct la punct și comutatoare care le conectează cu o direcție fixă de comutare de la linia inter-nodală de intrare la ieșire. De exemplu, conexiunea fizică a nodurilor 3 și 7 din Fig. 1.5 se formează prin crearea unei linii compuse care include nodurile 3, 5, 6, 7 și trei segmente internoduri. Exemplu tipic rețelele de transport cu modul de circuit fizic pot fi PSTN și ISDN.
Implementarea virtuală a conexiunii constă în transmiterea de pachete a mesajelor cu aceeași rută în rețeaua de transport (adică cu aceeași listă de noduri și linii de legătură). Persistența rutei este asigurată prin stocarea direcției de transmitere a pachetelor (packet switching) în switch-urile rețelei. Memorarea se realizează fie numai pentru timpul de transmitere a mesajului, care corespunde conceptului de circuit virtual comutat, fie pentru o perioadă lungă de timp, care corespunde conceptului de canal virtual permanent.
Crearea canalelor dial-up se realizează la solicitarea sursei mesajului în mod automat, creând canale permanente- administrator de retea. Exemple rețele virtuale sunt rețele PSDN.
Capacitatea canalului, care este înțeleasă ca capacitatea acestuia din urmă de a transporta informații pe o anumită perioadă de timp, este determinată de tipul de linii de cablu utilizate și de caracteristicile multiplexării semnalului în comutatoare. În rețelele moderne de transport, cablurile sunt utilizate cu două tipuri de medii de ghidare (sârmă de cupru și fibră optică) și cele două metode de multiplexare menționate mai sus - plesiocron (PDH) și sincron (SDH). Tipică (dar nu obligatorie) este o combinație de linii de cupru cu fir folosind PDH și linii de fibră optică folosind SDH. Prima combinație corespunde unui debit de până la 150 Mbit / s, a doua - până la 10 Gbit / s. Tehnologia de multiplexare sincronă permite acestuia din urmă să fie „superstructurată” peste cea plesiocronă: astfel, liniile mai lente cu fluxuri digitale plesiocrone pot fi conectate la linii mai rapide cu fluxuri sincrone.
Fluxurile digitale ale tehnologiei rețelei plesiocrone sunt standardizate în trei opțiuni standard: european (Ex), american (Tx) și japoneză (Jx). În ciuda principiilor generale, fiecare dintre ele folosește diverse rapoarte multiplexarea la diferite niveluri de ierarhie. Fiecare dintre standarde acoperă mai multe niveluri ale ierarhiei digitale și are mai multe simboluri care descriu specificații interfață și rata baud corespunzătoare:
- Standarde Ex, în conformitate cu valorile ratelor de transmisie a datelor furnizate, notate prin simbolurile E0, El, E2, EZ, E4, E5;
- Standarde Tx, desemnate Tl, T2, TK, T4 și T5 (adoptate în SUA, Japonia și Coreea);
- standardele Jx, notate cu Jl, J2, J3, J4, J5, deși o altă denumire este mai comună: DS1, DS2, DS3, DS4, DS5, care au apărut ca urmare a armonizării versiunilor japoneze și americane ale standardelor datorate la asemănarea caracteristicilor lor (asemănarea efectivă are loc pentru primele două niveluri ierarhice).
Fluxurile digitale de bază ale ambelor standarde - E0 și DS0 - corespund aceleasi valori rate de transfer de date - 64 kbps. Ierarhia ratelor fluxurilor digitale ale versiunilor E și T este dată în tabel. 1.1. În practică, liniile digitale El, T1 și EZ, TZ,
Sisteme SDH conforme cu standardele internaționale pentru rețelele primare de transport sincrone și SONET (Synchronous Opti< Network), отвечающие стандартам США, обеспечивают мультиплексирован цифровых потоков со скоростями порядка сотен и тысяч Мбит/с, что на ordinul one-j depășește valorile vitezelor în sistemele plesiocrone. Suprapunerea parțială a valorilor standardizate ale ratei fluxului digital ale celor două soiuri corespund nivelurilor ierarhice superioare PDH și nivelurilor ierarhice inferioare SDH. Valoarea de bază STM-0 a ratei modului de transport sincron (STM) corespunde unei rate de biți de 48,96 Mbps. Informațiile despre ratele de transfer de date ale nivelurilor superioare (STM-x) sunt prezentate în tabel. 1.2.
Cablurile de fibră optică asigură transmisie noroi informațională la viteze de până la 10 Gbit/s, care respectă standardul STM-64 (nivelul 5 al ierarhiei vitezei). Diferențele în ratele de transmisie a sarcinii utile (paylo și rata totală a liniei)
