13.1. Взаимоувязанная сеть связи РФ - национальная транспортная магистральная сеть

Для организации информационного обмена между отдельными локальными и глобальными сетями развертывается транспортная сеть (ТС) реализующая сервисы транспортировки информационных потоков между отдельными абонентами, а так же предоставление информационных сервисов (таких как: радио, ТВ, факсимильная связь и др.) потребителям.

Транспортная сеть связи (backhaul ) - это совокупность ресурсов, выполняющих функции транспортирования в телекоммуникационных сетях. Она включает не только системы передачи, но и относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резервирования, управления.

Рисунок 13.1 - Телекоммуникационная сеть состоящая из магистральной транспортной сети и абонентов, подключенных к ней через сети доступа

Как правило, транспортные сети разворачиваются в национальном масштабе. В РФ такой транспортной системой является взаимоувязанная сеть связи РФ (ВСС).

Взаимоувязанная сеть связи России сегодня представляет собой совокупность сетей (рис. 13.2):

Сети общего пользования,

Ведомственных сетей и сети связи в интересах управления, обороны, безопасности и охраны правопорядка.

При этом главная составляющая ВСС - сети связи общего пользования, открытые для всех физических и юридических лиц на территории России.

Рисунок 13.2 - Структура ВСС РФ

Организационно ВСС - это совокупность взаимоувязанных сетей электросвязи, находящихся в ведении различных операторов связи как юридических лиц, имеющих право предоставлять услуги электросвязи. Архитектура ВСС РФ приведена на рис. 13.3.

Взаимоувязанная сеть связи, как система связи, представляет собой иерархическую трехуровневую систему:

Первый уровень - первичная сеть передачи, представляющая типовые каналы и групповые тракты передачи для вторичных сетей;

Второй уровень - вторичные сети, т. е. коммутируемые и некоммутируемые сети связи (телефонные, документальной электросвязи и др.),

Достоверность сообщений (соответствие принятого сообщения переданному);

Надежность и устойчивость связи, т.е. способность сети выполнить транспортную функцию с заданными эксплуатационными характеристиками в повседневных условиях,

При воздействии внешних дестабилизирующих факторов.

Системы связи могут обеспечить защиту информации от ряда угроз ее безопасности (блокирование, несанкционированный доступ на отдельных элементах сети и др.). Ответственность за общее решение вопросов безопасности информации (обеспечение свойств конфиденциальности, целостности и доступности) возлагается на пользователя (собственника информации).

Устойчивость сети связи - это ее способность сохранять работоспособность в условиях воздействия различных дестабилизирующих факторов. Она определяется надежностью, живучестью и помехоустойчивостью сети.

Для повышения устойчивости сетей ВСС используются различные меры:

Оптимизация топологии сетей связи для упрощения их адаптации к условиям, возникающим в результате воздействия различных дестабилизирующих факторов, включая геополитические;

Рациональное размещение сооружений связи на местности с учетом зон возможных разрушений, наводнений, пожаров;

Применение специальных мер защиты сетей и их элементов от влияния источников помех различного характера;

Развитие систем резервирования;

Внедрение автоматизированных систем управления, организующих работу по перестройке и восстановлению сетей, поддержанию их работоспособности в различных условиях и др.

13.6. Этапы развития технологий транспортных и телекоммуникационных сетей

Телекоммуникационные системы в своем развитии прошли несколько этапов (рис. 13.9). На рис. 13.9, чем ниже лежит слой, соответствующей технологии , тем более высокоскоростной она является, а следовательно может обеспечивать передачу видов информации вышележащих технологий. Передача информации между вторичными сетями, построенными на базе различных телекоммуникационных технологий, осуществляется с использованием переходных элементов, называемых шлюзами, которые располагаются на их границах.

На первом этапе первичная сеть строилась на основе типовых каналов и трактов АСП.

Второй этап характеризовался созданием цифровых систем передачи на основе иерархии плезиохронных цифровых систем, которые образовывали первичную цифровую сеть. При этом на обоих этапах развития жестко закреплялся соответствующий ресурс первичной сети в виде типовых каналов и трактов за соответствующими вторичными сетями. Такой подход, основанный на жестком закреплении ресурсов первичной сети за вторичными сетями связи, не позволял осуществлять динамическое перераспределение ресурсов первичной сети в условиях нестационарной нагрузи различных видов информации, характеризовался использованием разнотипного каналообразующего и коммутационного оборудования и являлся не эффективным в экономическом плане. Наличие взаимного существования АСП и ЦСП вызвало необходимость решения задачи сопряжения между собой аналоговых каналов и трактов с цифровыми, что также приводило к дополнительному усложнению и повышению стоимости связи (модемы, АЦП-ЦАП, TMUX - трансмультиплексоры).

Рисунок 13.9 - Этапы развития телекоммуникационных технологий

Вторичные сети связи на этих этапах использовали, как правило, кроссовую коммутацию, традиционную коммутацию каналов аналоговых и цифровых, в телеграфных сетях связи применялась как коммутация каналов, так и коммутация сообщений, передача данных осуществлялась по некоммутируемым и коммутируемым каналам связи , а также с использованием метода коммутации пакетов. Видео и телевизионная информация передавалась по выделенным для этих целей широкополосных аналоговых или высокоскоростных цифровых трактах передачи АСП и ЦСП соответственно.

Третий этап развития телекоммуникационных систем связан с появлением новых технологий передачи информации, как при построении первичной сети, так и использовании новых технологий интегрального типа для построения вторичных сетей.

На этом этапе вторичные сети обеспечивают в едином цифровом виде совместную передачу различных видов информации, осуществляя динамическое перераспределение имеющегося ресурса между сообщениями различных видов информации. При этом в рамках каждой технологии вторичной сети используется однотипное коммутационное оборудование.

Основу первичной сети третьего этапа составляют цифровые системы передачи плезиохронной и синхронной иерархий, которые обеспечивают функционирование всех вторичных сетей, использующих различные методы оперативной коммутации: быструю коммутацию каналов, быструю коммутацию пакетов, коммутацию кадров, пакетов и ячеек.

В последнее время при развитии телекоммуникационных систем получила развитие концепция сетей связи следующего/нового поколения NGN (Next/New Generation Network). Концепция NGN предусматривает создание новой мультисервисной сети, при этом с ней осуществляется интеграция существующих служб путем использования распределенной программной коммутации (soft-switches).

Эволюция корпоративных сетей от аналого-цифрового варианта к NGN-архитектуре иллюстрируется рис. 13.10.

Рисунок 13.10 - Эволюция архитектуры телекоммуникационных сетей

Сети следующего поколения (NGN) представляют собой новую концепцию сети, комбинирующую в себе голосовые функции, качество обслуживания (QoS) и коммутируемые сети с преимуществами и эффективностью пакетной сети. Сети NGN означают эволюцию существующих телекоммуникационных сетей, отражающуюся в слиянии сетей и технологий. Благодаря этому обеспечивается широкий набор услуг начиная с классических услуг телефонии и кончая различными услугами передачи данных или их комбинацией.

Концепция NGN – концепция построения сетей связи следующего/нового поколения (Next/NewGeneration Network ), обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими настройками по их:

- управлению,

- персонализации,

- созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений,

Мультисервисная сеть – сеть связи, которая построена в соответствии с концепцией NGN и обеспечивает предоставление неограниченного набора инфокоммуникационных услуг (VoIP, Интернет, VPN, IPTV, VoD и др. ).

Сеть NGN – сеть с пакетной коммутацией, пригодная для предоставления услуг электросвязи и для использования нескольких широкополосных технологий транспортировки с включенной функцией QoS, в которой связанные с обслуживанием функции не зависят от примененных технологий , обеспечивающих транспортировку .

Возможности сети NGN:

- реализация универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией,

- вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы,

- интеграция с традиционными сетями связи.

Сеть NGN должна обладать широким спектром возможностей – предоставлять возможности (инфраструктуру, протоколы) для целей создания, развертывания и управления всеми возможными видами услуг (известными или пока не известными). В данное понятие входят услуги, использующие данные различных типов (например, голосовые, видео, текстовые данные их различные комбинации и сочетания с другими типами данных).

Передача может осуществляться со всеми типами схем кодирования и технологий передачи данных, например диалоговые передачи, с адресацией конкретному устройству, групповой адресацией и вещанием, услуги передачи сообщений, простой передачи данных в реальном масштабе времени и в автономном режиме, с регулированием задержки и устойчивые к задержке услуги. Услуги, предъявляющие различные требованиями к ширине полосе, с гарантированной полосой или без нее, должны поддерживаться с учетом технических возможностей используемой технологии передачи данных.

Особое внимание в сетях NGN уделяется гибкости реализации услуг в стремлении к наиболее полному удовлетворению всех требований заказчика. В некоторых случаях возможно также предоставление пользователю возможности настройки используемых им услуг. NGN должна поддерживать открытые интерфейсы программирования приложений, чтобы поддерживать создание, предоставление и управление услугами.

Обобщая вышеизложенное, можно сказать, что современное развитие телекоммуникационных сетей связи происходит через интеграцию всех функциональных возможностей, заложенных в модели транспортных сетей. Интеграция привела к созданию универсальных мультисервисных транспортных платформ с электрическими и оптическими интерфейсами , с электрической и оптической коммутацией каналов и пакетов (кадров и ячеек), с предоставлением любых видов транспортных услуг, включая услуги автоматически коммутируемых оптических сетей c сигнальными протоколами, основанными на обобщённом протоколе коммутации по меткам GMPLS (Generalized Multi-Protocol Label Switching).

На рис. 13.11 представлена обобщенная архитектура транспортной платформы, в которой указаны возможные источники информационной нагрузки, протоколы согласования и транспортные технологии по информации из работы .

Рисунок 13.11 - Обобщенная архитектура оптической мультисервисной транспортной платформы

Обозначения на рис. 13.11 :

PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy - плезиохронная цифровая иерархия (скорости 2, 8, 34 и 140 Мбит/с);

N-ISDN, Narrowband Integrated Services Digital Network - узкополосная цифровая сеть с интеграцией служб (У-ЦСИС);

IP, Internet Protocol - межсетевой протокол;

IPX, Internet Packet eXchange - межсетевой обмен пакетами;

MPLS, Multi-Protocol Label Switching - многопротокольная коммутация по меткам;

GMPLS, Generalised MPLS - протокол обобщенной коммутации по меткам;

SANs, Storage Area Networks - сети хранения данных (серверы услуг, базы данных);

ISCSI, internet Small Computer System Interface - протокол для установления взаимодействия и управления системами хранения данных, серверами и клиентами;

HDTV, High-Definition Television - телевидение высокой четкости;

ESCON, Enterprise Systems Connection - соединение учрежденческих систем (с базами данных, серверами);

FICON, Fiber Connection - волоконное соединение для передачи данных;

PPP, Point-to-Point Protocol - протокол «точка-точка»;

RPR, Resilient Packet Ring - протокол пакетного кольца с самовосстановлением;

HDLC, High-level Data Link Control - протокол управления каналом высокого уровня;

GFP, Generic Framing Procedure - процедура формирования общего кадра.

Протоколы PPP, RPR, HDLC, GFP в транспортных сетях выполняют функции согласования информационных данных от источников нагрузки с транспортными структурами с целью повышения эффективности использования ресурсов этих структур , например, виртуальных контейнеров высокого и низкого порядков в сети SDH или оптических каналов в сети OTN, или физических ресурсов кадров передачи сети Ethernet .

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ТРАНСПОРТНЫЕ СЕТИ»

Для студентов специальности 210709

«Многоканальные телекоммуникационные системы»

Разработано преподавателем ХИИК Некрасовой ЕМ

Хабаровск 2014

1 Классификация транспортных сетей (ТС). Обзор технологий для ТС
2 IP-телефония
2.1 Виды соединений в сети IP-телефонии
2.2 Шлюзы IP-телефонии
2.3 Протоколы IP-телефонии
2.4 Кодеки IP-телефонии
3 Качество обслуживания в мультисервисных IP-сетях
3.1 Технологии обеспечения качества пропуска мультимедийного трафика
3.2 Очереди и алгоритмы их обслуживания - основа QoS
4 Технология MPLS
Технологии MPLS Traffic Engineering (TE) и Fast Re Route (FRR)
5 Безопасные информационные систем 5.1 Симметричное и асимметричное шифрование
5.2 Механизм электронной цифровой подписи
6 Виртуальные частные сети (VPN) 31
6.1 Понятие "туннеля" при передаче данных в сетях
6.2 Архитектура VPN-сетей
6.3 Протоколы для организации VPN
6.4 MPLS VPN
7 NGN (Next Generation Network - сеть следующего поколения)
8 Архитектура современной сельской мультисервисной сети связи
9 Технология Metro Ethernet
10 Пассивные оптические сети (PON) – переворот в широкополосном доступе
11 Гибкие мультиплексоры. Мультиплексор ENE-04

Список литературы

1 Олифер В.Г. Олифер Н.А. Основы компьютерных сетей, учебник, – Спб.: Питер, 2009 г.

2 А.В. Росляков, М.Ю. Самсонов, И.В. Шибаева. IP-Телефония – М.: Эко-трендз, 2003г.

3 С.В. Запечников, Н.Г. Миославская, А.И. Толстой основы построения виртуальных частных сетей, учебное пособие. – Горячая линия – Телеком, 2003 г.

4 Филимонов А.Ю. Построение мультисервисных сетей Ethernet – СПб.: БХВ - Петербург, 2007г

5 Бакланов И.Г. «NGN: принципы построения и организации», - М.:ЭКО-ТРЕНДЗ, 2008 г

6 Б.С. Гольдштейн А.Б. Гольдштейн. «SOFTSWITCH» «БХВ – Санкт-Петербург» 2006г

7 Олифер В.Г. Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы.

4-е издание – Спб.: Питер, 2010 г, 944 стр.

7 Гольдштейн B.C., Пинчук А.В., СуховицкийА.Л. IP-Телефония. - М.: Радио и связь, 2001с

Классификация транспортных сетей. Обзор технологий для транспортной сети (ТС)

«Ум заключается не только в знании,

но и в умении прилагать знание на деле»

Аристотель.

Сначала было слово. Слово содержало некую информацию, предназначенную для передачи от человека к человеку. И уж потом постепенно у людей сформировалось осознание того, что для нормального информационного обмена необходимы коммуникации - от голубиной почты и верблюжьих караванов до телефонов, компьютеров и волоконно-оптических магистралей. То, что произошло в мире телекоммуникаций сегодня, можно квалифицировать, скорее, как революцию, чем как эволюцию, настолько велико различие между тем, что представлял собою телефон вчера, и тем, как возросло распространение информации и влияние сети Интернет сегодня. Существующая сегодня телефонная сеть общего пользования (ТфОП) и, вместе с ней, сама технология коммутации каналов на стадии вымирания. Её место занимает сеть с коммутацией пакетов, которая будет обслуживать передачу речи, видеоинформации и данных. Процесс информатизации набирает обороты во всем мире. В современном глобальном мире уровень информатизации обеспечивает конкурентоспособность и безопасность страны.

Еще 10 лет назад любая технология связи могла бы просуществовать 20-30 лет. Теперь многие технологии «умирают» за 1-2 года, потому что оборудование связи очень сильно подвергается моральному износу (т.е. оборудование еще может функционировать, но оно уже не будет отвечать современным тенденциям и требованиям). А новое оборудование, устанавливаемое на станциях, нуждается в квалифицированных работниках, поэтому специалистам, работающим с новыми технологиями, требуется непрерывно повышать свои знания и улучшать навыки.

Грядущий переход Интернета на более эффективный протокол IPv6 поможет реализовать более сложные алгоритмы обслуживания абонентов и даже построить "интернет вещей", когда выход в сеть будут иметь и зубные щетки, и холодильники, и автомобили, а множество датчиков и сенсоров будут объединяться в самоорганизующиеся сети. А количество "пользователей" по линии "machine-tomachine" (или М2М) будет насчитывать десятки миллиардов устройств.

Связистам надо двигаться от потребителя и стараться сгенерировать действительно очень важные для него услуги, пусть даже и с его участием. И будет всем нам счастье. Ведь счастье подобно бабочке - чем усерднее ловишь его, тем успешнее оно ускользает. Но если вы перенесете свое внимание на другие вещи, оно придет и тихонько сядет вам на плечо.

Это было лирическое отступление. А теперь посмотрим на обложку данного учебного пособия, где приведён рисунок, иллюстрирующий понятия: «транспортной сети» и «сети доступа».

Транспортная сеть – это совокупность сетевых элементов, которые обеспечивают передачу трафика. Транспортной является та часть сети связи, которая вы­полняет функции переноса (транспортировки) потоков сообщений от их источниковиз одной сети доступа к полу­чателям сообщений другой сети доступа .

Сеть доступа – это совокупность сетевых элементов, обеспечивающих доступ абонентов к ресурсам транспортной сети с целью получения услуг. Сеть доступа связывает источник (приемник) сообщений с узлом досту­па, являющимся граничным между сетью доступа и транс­портной сетью.

Из рисунка на обложке пособия видно, что основными технологиями современной транспортной сети являются: WDM, NGSDH (SDH нового поколения), MPLS и, конечно, 10GE.

В современной сети доступа в настоящее время применяется громадное количество различных технологий, например: различные виды DSL (ADSL, HDSL, VDSL); различные виды оптического доступа (FTTH – оптика в квартиру, FTTB – оптика в здание, FTTC – оптика в уличный шкаф); различные виды радиодоступа (Wi-Fi, WiMAX, LTE), MetroEthernet, GPON и т. д.

По типу присоединяемых абонентских терминалов сети ВСС разделяются на:

сети фиксированной связи , обеспечивающие присоеди­нение стационарных абонентских терминалов;

сети подвижной связи , обеспечивающие присоедине­ние подвижных (перевозимых или переносимых) абонент­ских терминалов.

Кроме того, по способу организации каналов сети традиционно разделяются на первичные и вторич­ные (рисунок 1.1).

Первичная сеть представляет собой совокупность кана­лов и трактов передачи, образованных оборудованием узлов и линий передачи (или физических цепей), соединяю­щих эти узлы. Первичная сеть предоставляет каналы пере­дачи (физические цепи) для вторичных сетей для образования каналов связи.

Вторичная сеть представляет собой совокупность ка­налов связи, образуемых на базе первичной сети путем их маршрутизации и коммутации в узлах коммутации и орга­низации связи между абонентскими устройствами пользо­вателей.

Рисунок 1.1 – Структура системы электросвязи

В основе построения классической системы электросвязи лежит первичная сеть, включающая в себя среду распространения сигналов и аппаратуру передачи сигнала, обеспечивающую создание типовых каналов и трактов первичной сети. Первичная сеть может быть построена на основе аналоговых систем передачи (АСП) или на основе цифровых систем передачи (PDH, SDH).

Типовые каналы и тракты первичной сети используются различными вторичными сетями: сетями телефонии, передачи данных, радиосвязи, телевидения, сетями сотой связи.

Очень важно понимать классификацию сетей связи по территориальному делению :

магистральная – это сеть, связывающая между со­бой узлы центров субъектов Российской Федерации. Магистральная сеть обес­печивает транзит потоков сообщений между зоновыми се­тями;

зоновые (или региональные) – это сети связи, образу­емые в пределах территории одного или нескольких субъ­ектов Российской Федерации (регионов);

местные – это сети связи, образуемые в пределах ад­мини­стра­тивной или определенной по иному принципу тер­ритории и не относящиеся к региональным сетям связи. Местные сети подразделяются на городские и сельские;

международная – это сеть общего пользования, присоединенная к сетям связи иностранных государств.

IP-телефония

Аббревиатура VoIP (Voice Over Internet Protocol) означает передачу голоса через интернет-протокол. Истоки технологии VoIP находятся в далеком 1876 году, когда американец Александр Белл осуществил первый телефонный звонок и запатентовал изобретенный им «говорящий телеграф» Это устройство не имело звонка, а вызов абонента производился через трубку при помощи свистка. Появление VoIP датируется 1995 годом, когда маленькая израильская компания VocalTec выпустила первую программу для интернет-телефонии. Программа называлась Internet Phone и была предназначена для звонков с домашнего компьютера.

В сетях на основе протокола IP все данные - голос, текст, видео передаются в виде пакетов. Любой компьютер и терминал такой сети имеет свой уникальный IP-адрес, и передаваемые пакеты маршрутизируются к получателю в соответствии с этим адресом, указываемом в заголовке. Данные могут передаваться одновременно между многими пользователями по одной и той же линии . При возникновении проблем IP-сети могут изменять маршрут для обхода неисправных участков. При этом протокол IP не требует выделенного канала для сигнализации.

Рисунок 2.1 – Соединение в сети с коммутацией пакетов

Аналоговый сигнал от абонента поступает в шлюз IP-телефонии .

В шлюзе происходит следующее : на первом этапе осуществляется оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, передаваемых получателю. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование. На следующем этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация - адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если они будут доставлены не последовательно, и дополнительные данные для коррекции ошибок. При этом происходит временное накопление необходимого количества данных для образования пакета до его непосредственной отправки в сеть.

Извлечение переданной голосовой информации из полученных пакетов происходит в приёмном шлюзе также в несколько этапов. Сначала проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP-сети не гарантируют время доставки, то пакеты со старшими порядковыми номерами могут прийти раньше, более того, интервал времени получения также может колебаться.

Для восстановления исходной последовательности и синхронизации происходит временное накопление пакетов. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке, либо задержка их доставки превышает допустимый разброс. В обычных условиях приемный терминал запрашивает повторную передачу ошибочных или потерянных данных. Но передача голоса слишком критична ко времени доставки, поэтому в этом случае либо включается алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные, либо эти потери просто игнорируются, а пропуски заполняются данными случайным образом.

Полученная таким образом последовательность данных декомпрессируется и преобразуется непосредственно в аудио-сигнал, несущий голосовую информацию получателю.

Таким образом, с большой степенью вероятности, полученная информация не соответствует исходной (искажена) и задержана (обработка на передающей и приемной сторонах требует промежуточного накопления). Однако в некоторых пределах избыточность голосовой информации позволяет мириться с такими потерями.

В настоящей время в IP-телефонии существует два основных способа передачи голосовых пакетов по IP-сети:

1) через глобальную сеть Интернет (Интернет-телефония);

10. Транспортные сети. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей

10. Транспортные сети

10.1. Модели и элементы транспортных сетей

Транспортная сеть (transport network) – часть сети связи, охватывающая магистральные узлы, междугородние станции, а также соединяющие их каналы и узлы (национальные, междугородные). В таблице 10.1 показаны структуры моделей транспортных сетей, имеющих функциональные уровни: физический, трактов и каналов .

Первичные сети, являющиеся базовыми транспортными или магистральными сетями, служат основой для построения всего многообразия современных мультисервисных сетей связи. Таким образом, первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи .

Главным требованием, предъявляемым к транспортным сетям, является выполнение сетью основной функции – обеспечения пользователям возможности доступа ко всем разделяемым ресурсам сети.

Основные информационно-технические характеристики цифровой первичной сети (ЦПС), которые существенно определяют ее возможности по предоставлению гарантированного качества обслуживания пользователей сети и возможности сети в целом, следующие: пропускная способность транспортных магистралей или базовые скорости передачи, определяемые уровнем транспортных модулей (STM-N, N=1, 4, 16,…); объем входящего и исходящего трафика в узлах сети; суммарный трафик в трактах и магистралях сети; надежность или коэффициент готовности сети в целом

К современным ЦПС и корпоративным сетям предъявляются требования, обеспечивающие возможность не только гарантировать необходимое качество обслуживания, но и дальнейшее развитие сети:

Для оценки надежности таких сложных систем, какими являются ЦПС, применяют понятие готовности, или коэффициента готовности, который определяется долей времени, в течение которого сеть может быть использована по назначению. Готовность сети может быть повышена путем аппаратного резервирования элементов (узлов) сети, резервирования трафика, трактов и каналов за счет соответствующей организации архитектуры всей сети, ее топологии, управления и синхронизации сети, включая сети доступа к ЦПС.

Расширяемость означает возможность сравнительно легкого (в ограниченных пределах) добавления отдельных элементов сети (пользователей, служб), наращивания сегментов сети доступа и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество сетевых узлов и протяженность трактов в очень широких пределах без снижения пропускной способности транспортных магистралей.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно осуществлять конфигурацию, наблюдение, контроль и управление, как каждым сетевым элементом, так и всей сетью в целом, включая управление трафиком и планированием развития сети , .

Современная транспортная сеть строится на основе трех основных технологий: плезиохронной иерархии (PDH), синхронной иерархии (SDH) и асинхронного режима переноса (передачи) (ATM).

Используется иерархия скоростей передачи каналов в соответствии с международными рекомендациями ITU-T и получившим наибольшее распространение европейским стандартом. При этом технологии плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ/PDH) и синхронной цифровой иерархии (СЦИ/SDH) позволяют сформировать транспортную сеть с выделенными цифровыми каналами для всех пользователей первичной сети.

На основе ЦПС СЦИ/SDH можно создавать наложенные сети с коммутацией каналов, например цифровые сети интегрированного обслуживания (ЦСИО/ISDN), и коммутацией пакетов, например АТМ (асинхронный режим переноса (АРП/АТМ)). В ЦПС АТМ–сеть интегрируется поверх сети СЦИ/SDH, как наложенная сеть, представляя собой одновременно и транспортную, и вторичную сети и одновременно являясь сетью доступа.

Технология АТМ или асинхронного режима передачи (АРП/АТМ) разработана как единая универсальная транспортная технология нового поколения сетей с интеграцией услуг, так называемых широкополосных цифровых сетей интегрированного обслуживания (Ш-ЦСИО или B-ISDN) .

Технология АТМ совместима со всеми базовыми сетевыми технологиями глобальных сетей – TCP/IP, SDH, PDH, Frame Relay – и сетевыми технологиями локальных сетей. Технология АТМ обеспечивает передачу в рамках одной транспортной сети различных видов трафика (голоса, видео, данных), иерархию скоростей передачи в большом диапазоне (от 25 Мбит/с до 622 Мбит/с) с гарантированной пропускной способностью для ответственных приложений .

Сети TCP/IP (протокол управления передачей/протокол сети Интернет) занимают особое положение среди сетевых технологий. Они играют роль сетевой технологии, объединяющей сети любых типов и технологий, включая глобальные транспортные сети всех известных технологий.

Транспортная сеть на основе PDH/SDH состоит из узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности, регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах, и цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи). Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую цикловую структуру сигнала и тип линейного кода. Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок. Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала. Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи.

Таким образом, внутри цифровых систем передачи осуществляется передача электрических сигналов различной структуры, на выходе цифровых систем передачи образуются каналы цифровой первичной сети, соответствующие стандартам по скорости передачи, цикловой структуре и типу линейного кода.

Обычно каналы первичной сети приходят на узлы связи и оканчиваются в линейно-аппаратном цехе (ЛАЦе), откуда кроссируются для использования во вторичных сетях. Можно сказать, что первичная сеть представляет собой "банк каналов", которые затем используются вторичными сетями (сетью телефонной связи, сетями передачи данных, сетями специального назначения и т.д.). Существенно, что для всех вторичных сетей этот "банк каналов" един, откуда и вытекает обязательное требование, чтобы каналы первичной сети соответствовали стандартам.

Физический уровень (таблица 10.1) образован средой передачи сигналов (волоконно-оптической линией, медной линией, радиолинией) и секциями – участками, где происходит регенерация (ретрансляция) сигналов и мультиплексирование (объединение и разделение) различных сигналов. Благодаря наличию секции регенерации (ретрансляции) удается "очистить" сигнал от искажений и помех. Организация секций мультиплексирования позволяет эффективно использовать физическую среду за счет временного разделения передачи каналов. При этом можно реализовать резервирование любой секции мультиплексирования, если предусмотреть дополнительную физическую цепь, оборудование для передачи сигналов по ней и оборудование автоматического переключения. Физический уровень оптической транспортной сети имеет свою особенность, которая состоит в том, что все преобразования сигналов (усиление, ретрансляция, объединение и разделение, вывод и ввод) производятся исключительно оптическими средствами. Таким способом достигаются наивысшие скорости передачи информационных данных – от десятков гигабит до десятков терабит в секунду (Тбит/с). В физической среде, представляемой одномодовым стекловолокном, объединяются (мультиплексируются) множество оптических несущих частот от 2-х до 132 и более), каждая из которых модулирована информационным сигналом.

Уровень трактов (таблица 10.1). Тракты каждой транспортной сети создаются, чтобы обеспечить сквозное прохождение информационных сигналов. Тракты в сети ATM отличаются от трактов сети SDH тем, что они образуются только при наличии информационного сообщения, а в его отсутствии физические ресурсы транспортной сети отдаются для передачи других сигналов. По этой причине путь следования данных в сети ATM называют виртуальным.

Уровень каналов (таблица 10.1). Для любой из рассмотренных моделей транспортных сетей этот уровень выполняет функции интерфейса со вторичными сетями (коммутаторами телефонных, широкополосных, компьютерных сетей и т.д.). Как правило, на уровне каналов создаются типовые электрические и оптические интерфейсы.

Транспортные сети, построенные в соответствии с различными моделями, совместимы между собой на уровнях каналов или трактов.

Сравнивая технологию SDH с технологией PDH, можно выделить следующие особенности технологии SDH: предусматривает синхронную передачу и мультиплексирование. Элементы первичной сети SDH используют для синхронизации один задающий генератор, как следствие, вопросы построения систем синхронизации становятся особенно важными; предусматривает прямое мультиплексирование и демультиплексирование потоков PDH, так что на любом уровне иерархии SDH можно выделять загруженный поток PDH без процедуры пошагового демультиплексирования. Процедура прямого мультиплексирования называется также процедурой ввода-вывода; опирается на стандартные оптические и электрические интерфейсы, что обеспечивает лучшую совместимость оборудования различных фирм-производителей; позволяет объединить системы PDH европейской и американской иерархии, обеспечивает полную совместимость с существующими системами PDH и, в то же время, дает возможность будущего развития систем передачи, поскольку обеспечивает каналы высокой пропускной способности для передачи ATM, и так далее; обеспечивает лучшее управление и самодиагностику первичной сети. Большое количество сигналов о неисправностях, передаваемых по сети SDH, дает возможность построения систем управления на основе платформы TMN. Технология SDH обеспечивает возможность управления сколь угодно разветвленной первичной сетью из одного центра.

Все перечисленные преимущества обеспечили широкое применение технологии SDH как современной парадигмы построения цифровой первичной сети.

Элементы транспортной сети. Опишем основные элементы системы передачи данных на основе SDH, или функциональные модули SDH. Логика работы или взаимодействия модулей в сети определяет необходимые функциональные связи модулей – топологию, или архитектуру сети SDH .

Сеть SDH, как и любая сеть, строиться из отдельных функциональных модулей ограниченного набора: мультиплексоров, коммутаторов, концентраторов, регенераторов и терминального оборудования. Этот набор определяется основными функциональными задачами, решаемыми сетью.

Мультиплексор. Мультиплексоры SDH выполняют как функции собственно мультиплексора, так и функции устройств терминального доступа, позволяя подключать низкоскоростные каналы PDH иерархии непосредственно к своим входным портам. Они являются универсальными и гибкими устройствами, т.е. кроме задачи мультиплексирования выполнять задачи коммутации, концентрации и регенерации. Это оказывается возможным в силу модульной конструкции SDH мультиплексора – SMUX, при которой выполняемые функции определяются лишь возможностями системы управления и составом модулей, включённых в спецификацию мультиплексора.

Терминальный мультиплексор TM является мультиплексором и оконечным устройством SDH сети с каналами доступа, соответствующим трибам доступа PDH и SDH иерархии (рисунок 10.1). Терминальный мультиплексор может либо вводить каналы, т.е. коммутировать их со входа трибного интерфейса на линейный выход, или выводить каналы, т.е. коммутировать с линейного входа на выход трибного интерфейса.

Мультиплексор ввода/вывода ADM может иметь на входе тот же набор трибов, что и терминальный мультиплексор (рисунок 10.1). Он позволяет вводить/выводить соответствующие им каналы. Дополнительно к возможностям коммутации, обеспечиваемым ТМ, ADM позволяет осуществлять сквозную коммутацию выходных потоков в обоих направлениях, а также осуществлять замыкание канала приёма на канал передачи на обоих сторонах ("восточный" и "западный") в случае выхода из строя одного из направлений. Наконец, он позволяет (в случае аварийного выхода из строя мультиплексора) пропускать основной оптический поток мимо него в обходном режиме. Всё это даёт возможность использовать ADM в топологиях типа кольца .

Рисунок 10.1. Синхронный мультиплексор (SMUX): терминальный мультиплексор ТМ или мультиплексор ввода/вывода ADM

Регенератор представляет собой упрощенный мультиплексор, имеющий один входной канал – как правило, оптический триб STM-N и один или два агрегатных выхода (рисунок 10.2). Он используется для увеличения допустимого расстояния между узлами сети SDH путём регенерации сигналов полезной нагрузки. Обычно это расстояние составляет 15 – 40 км для длины волны порядка 1300 нм или 40 – 80 км. – для 1500 нм.

Коммутатор. Физически возможности внутренней коммутации каналов заложены в самом мультиплексоре SDH, что позволяет говорить о мультиплексоре как о внутреннем или локальном коммутаторе. На рисунке 10.3, например, менеджер полезной нагрузки может динамически изменять логическое соответствие между трибным блоком TU и каналом доступа, что равносильно внутренней коммутации каналов. Кроме этого, мультиплексор, как правило, имеет возможность коммутировать собственные каналы доступа, (рисунок 10.4), что равносильно локальной коммутации каналов. На мультиплексоры, например, можно возложить задачи локальной коммутации на уровне однотипных каналов доступа, т.е. задачи, решаемые концентраторами.

В общем случае приходиться использовать специально разработанные синхронные коммутаторы – SDXC, осуществляющие не только локальную, но и общую или проходную (сквозную) коммутацию высокоскоростных потоков и синхронных транспортных модулей STM-N (рисунок 10.5). Важной особенностью таких коммутаторов является отсутствие блокировки других каналов при коммутации, когда коммутация одних групп TU не накладывает ограничений на процесс обработки других групп TU. Такая коммутация называется неблокирующей.

Рисунок 10.3. Мультиплексор ввода/вывода в режиме внутреннего коммутатора.

Рисунок 10.4. Мультиплексор ввода/вывода в режиме локального коммутатора.

Рисунок 10.5. Общий или проходной коммутатор высокоскоростных каналов.

Можно выделить шесть различных функций, выполняемых коммутатором: маршрутизация виртуальных контейнеров VC, проводимая на основе использования информации в маршрутном заголовке ROH соответствующего контейнера; консолидация или объединениевиртуальных контейнеров VC, проводимая в режиме концентратора; трансляция потока от точки к нескольким точкам, или к мультиточке, осуществляемая при использовании режима связи "точка – мультиточка"; сортировка или перегруппировка виртуальных контейнеров VC, осуществляемая с целью создания нескольких упорядоченных потоков VC из общего потока VC, поступающего на коммутатор; доступ к виртуальному контейнеру VC, осуществляемый при тестировании оборудования; ввод/вывод виртуальных контейнеров, осуществляемый при работе мультиплексора ввода/вывода;

10.2. Основы построения топологии цифровой первичной сети

При построении топологии планируемой транспортной сети необходимо предусматривать необходимое резервирование сетевых элементов на аппаратном и сетевом уровне, резервирование трафика, увязать топологию сети с организацией ее управления и синхронизации, предусмотреть организацию соответствующих сетей доступа и их подключение к ЦПС .

Существует базовый набор стандартных топологий:

Топология "точка-точка". Сегмент сети, связывающий два узла A и B, или топология "точка–точка", является наиболее простым примером базовой топологии SDH сети (рисунок 10.5). Она может быть реализована с помощью терминальных мультиплексоров ТМ, как по схеме без резервирования канала приёма/передачи, так и по схеме со стопроцентным резервированием типа 1+1, использующей основной и резервный электрические или оптические агрегатные выходы (каналы приёма/передачи).

Рисунок 10.5. Топология "точка-точка", реализованная с использованием ТМ.

Топология "последовательная линейная цепь". Эта базовая топология используется тогда, когда интенсивность трафика в сети не так велика и существует необходимость ответвлений в ряде точек линии, где могут вводиться каналы доступа. Она может быть представлена либо в виде простой последовательной линейной цепи без резервирования, как на рисунок 10.6, либо более сложной цепью с резервированием типа 1+1, как на рисунке 10.7. Последний вариант топологии часто называют "упрощённым кольцом".

Рисунок 10.6. Топология "последовательная линейная цепь", реализованная на ТМ и TDM.

Рисунок 10.7. Топология "последовательная линейная цепь" типа "упрощённое кольцо" с защитой 1+1.

Топология "кольцо". Эта топология (рисунок 10.8) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основное преимущество этой топологии – лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток – запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.

Рисунок 10.8. Топология "кольцо" c защитой 1+1

Архитектура сети SDH .

Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве её отдельных сегментов. Например, радиально-кольцевая архитектура SDH сети фактически строится на базе использования двух базовых топологий: "кольцо" и "последовательная линейная цепь". Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение – соединение типа "кольцо-кольцо". Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH.

Линейная архитектура для сетей большой протяженности. Для линейных сетей большой протяженности расстояние между терминальными мультиплексорами больше или много больше того расстояния, которое может быть рекомендовано с точки зрения максимально допустимого затухания волоконно-оптического кабеля. В этом случае на маршруте между ТМ (рисунок 10.8) должны быть установлены кроме мультиплексоров и проходного коммутатора ещё и регенераторы для восстановления затухающего оптического сигнала. Эту линейную архитектуру можно представить в виде последовательного соединения ряда секций, специфицированных в рекомендациях ITU-T G.957 и ITU-T G.958.

Блоки MUX и LT (рисунок 10.8) конструктивно образуют единый модуль, основой которого является мультиплексор (МТ). Упрощённая структура трактов и секций сети SDH приведена на рисунке 10.8.

Рисунок 10.8. Структура трактов и секций

Организация взаимодействия элементов транспортной сети, а также управления сетью достигается использованием определённых интерфейсов (рисунок 10.8)

SPI – физический интерфейс STM-N, точка подключения оптического волокна.

PI – физический интерфейс компонентных потоков в PDH, либо SDH, сюда же можно включать и неоктетные цифровые потоки, например, каналы цифрового ТВ, и так далее. Этот интерфейс может быть как электрическим, так и оптическим.

Т – интерфейс, предназначенный для передачи и приёма сигналов синхронизации.

Q – интерфейс сети управления, точка подключения соединительных линий для двухсторонней передачи информации от узлов управления.

F – интерфейс контроля. В эту точку подключается персональный компьютер (ПК), программное обеспечение которого позволяет контролировать состояние не только своей станции, но и станции своей сети .

В интерфейс Т включен сетевой элемент (СЭ), которым могут управлять или сигнал от первичного эталонного генератора (ПЭГ); или от ведомого задающего генератора (ВЗГ), или сигнал компонентного потока (КП), или линейный сигнал (ЛС). Кроме того, сигналы синхронизации могут быть поданы на сетевые элементы других систем. С выходов СЭ управляющие сигналы поступают в тракты передачи (Вых.2) и приёма (Вых.1).

Контрольные вопросы:

1. Дайте понятие первичной сети. Назовите основные функции транспортной сети связи.
2. Рассмотрев структуры многоуровневых моделей транспортных сетей, дайте сравнительную оценку сетей, указав их общие черты и отличия.
3. Каковы особенности технологии SDH?
4. Охарактеризуйте физический уровень транспортной сети.
5. Перечислите основные функциональные модули SDH.
6. В чём состоят функции мультиплексора ввода-вывода?
7. Выделите основные функции, выполняемые коммутатором.
8. Перечислите стандартные топологии транспортной сети.
9. Какие схемы построения транспортных сетей используются для повышения их надёжности и живучести?
10. Для чего используется интерфейс F?