МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

НЕКОММЕРЧЕСКОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

«АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ»

 

С.В. Коньшин, О.А. Абрамкина

ИНТЕРФЕЙСЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Учебное пособие

 

Алматы  2013

УДК 629.735.05

ББК 32.884я73

О 53 Интерфейсы телекоммуникационных систем:

Учебное пособие/ С.В.Коньшин, О.А.Абрамкина;

АУЭС. Алматы, 2012. - 76 с.

 

ISBN 978-601-7327-30-9

 

Учебное пособие освещает основные понятия телекоммуникационных систем, их разновидности, а также теоретические основы взаимодействия телекоммуникационных систем посредством интерфейсов.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

 

Ил. - 37, библиогр. - 15 назв.

 

ББК 32.884я73     

 

РЕЦЕНЗЕНТЫ:  Зам.президента КазРПНТОРЭС, канд. тех. наук, Д.А.Сартбаев.   АУЭС, канд. тех. наук, доцент А.Г.Ни

 

Печатается по плану издания Министерства образования и науки Республики Казахстан на 2012 г.

 

ISBN 978-601-7327-30-9

  

Ó НАО «Алматинский университет энергетики и связи». 2013 г.

 

Введение

 

Главная цель, которая преследуется при взаимодействии оборудования в телекоммуникационных сетях, – это возможность использования ресурсов каждого устройства всеми пользователями сети. Для того чтобы реализовать эту возможность, устройства, подсоединенные к сети, должны иметь необходимые для этого средства взаимодействия с другими устройствами сети. Задача разделения сетевых ресурсов является сложной, она включает в себя решение множества проблем: выбор способа адресации устройств и согласование электрических сигналов при установлении электрической связи, обеспечение надежной передачи данных и обработка сообщений об ошибках, формирование отправляемых и интерпретация полученных сообщений, а также много других, не менее важных задач.

Обычным подходом при решении сложной проблемы является ее декомпозиция на несколько частных проблем – подзадач. Для решения каждой подзадачи назначается некоторый модуль. При этом четко определяются функции каждого модуля и правила их взаимодействия.

Частным случаем декомпозиции задачи является многоуровневое представление, при котором все множество модулей, решающих подзадачи, разбивается на иерархически упорядоченные группы - уровни. Для каждого уровня определяется набор функций-запросов, с которыми к модулям данного уровня могут обращаться модули выше лежащего уровня для решения своих задач. Такой формально определенный набор функций, выполняемых данным уровнем для выше лежащего уровня, а также форматы сообщений, которыми обмениваются два соседних уровня в ходе своего взаимодействия, называется интерфейсом.

Интерфейс определяет совокупный сервис, предоставляемый данным уровнем выше лежащему уровню.

При организации взаимодействия устройств в сети каждый уровень ведет «переговоры» с соответствующим уровнем другого. При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т.п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов, до самого высокого уровня, детализирующего, как информация должна быть интерпретирована.

Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами.

Из приведенных определений можно заметить, что понятия «интерфейс» и «протокол», в сущности, обозначают одно и то же, а именно: формализованно заданные процедуры взаимодействия компонент, решающих задачу связи устройств в сети. Однако довольно часто в использовании этих терминов имеется некоторый нюанс: понятие «протокол» чаще применяют при описании правил взаимодействия компонент одного уровня, расположенных на разных узлах сети, а «интерфейс» – при описании правил взаимодействия компонентов соседних уровней, расположенных в пределах одного узла.

Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов.

Программные средства, реализующие некоторый протокол, также называют протоколом. При этом соотношение между протоколом – формально определенной процедурой взаимодействия, и протоколом – средством, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу. Понятно, что один и тот же алгоритм может быть запрограммирован с разной степенью эффективности. Точно также и протокол может иметь несколько программных реализаций, например, протокол IPX, реализованный компанией Microsoft для Windows NT в виде программного продукта NWLink, имеет характеристики, отличающиеся от реализации этого же протокола компанией Novell. Именно поэтому, при сравнении протоколов следует учитывать не только логику их работы, но и качество программных решений. Более того, на эффективность взаимодействия устройств в сети влияет качество всей совокупности протоколов, составляющих стек, то есть насколько рационально распределены функции между протоколами разных уровней и насколько хорошо определены интерфейсы между ними.

 

1 Понятие телекоммуникационных систем 

1.1 Телекоммуникации и телекоммуникационные системы

 

Телекоммуникации – это все технические, аппаратные и проводные средства, организованные с целью передачи информации на расстояния. Наиболее известными  и значимыми для человечества достижениями телекоммуникаций является телевидение, радиовещание и телефонная связь.

Телекоммуникации обеспечивают передачу информации посредством кабелей, электроволн и вибраций. На сегодняшний день телекоммуникационные услуги пользуются огромной популярностью, вследствие чего возникает все больше IT-компаний, предоставляющих такие телекоммуникационные услуги, как подключение к сети Интернет, IP-провайдинг (регистрация IP-адресов или блоков PI), наряду с услугами по обработке данных таких как хостинг колокейшн, аренда серверов и т.д.

Телекоммуникационные системы – это пространственно-распределенные системы массового обслуживания, обеспечивающие возможность получения информации и обмена информацией в любое время суток и в любой точке земного шара. Системы, которые позволяют передавать, накапливать и распределять информационные данные, тексты, изображения, передавать аудио- и мультимедийную информацию, осуществлять передачу стереофонических программ, обеспечивать доставку электронной почты, предоставлять услуги Internet. Это интеграция телефонных и телеграфных линий связи, сетей мобильной и спутниковой радиосвязи, компьютерных технологий и компьютерных сетей и систем, включая глобальную сеть INTERNET.

Телекоммуникационные решения позволяют расширить функциональные возможности инфраструктуры компании, внедрить новые услуги и процессы, принципиально улучшить параметры сети, такие как: скорость связи, количество подключений, защищенность, отказоустойчивость, масштабируемость и другие. Проектируя системы передачи данных, специалисты стремятся повысить экономическую эффективность использования сетевых технологий за счет перехода на оптимальные схемы эксплуатации ресурсов, обеспечить возможность модернизации телекоммуникационной инфраструктуры без значительных затрат.

 

1.1.1      Компоненты и функции телекоммуникационной системы.

На рисунке 1.1 показаны компоненты типичной телекоммуникационной системы. Телекоммуникационная система способна передавать текстовую, графическую, голосовую или видеоинформацию. В состав типичной коммуникационной системы входят серверы, пользовательские компьютеры, каналы связи (на рисунке они обозначены красными линиями), а также активное оборудование – модемы, концентраторы и прочее оборудование и интерфейсы.

 

Рисунок 1.1 – Основные компоненты телекоммуникационной системы

 

Серверы предназначены для хранения и обработки информации.

Рабочие станции и пользовательские ПК служат для ввода запросов к базам данных, получения и обработки результатов запросов и выполнения других задач конечных пользователей информационных систем.

Коммуникационные каналы – линии связи, по которым данные передаются между отправителем и получателем информации. Коммуникационные каналы используют различные типы среды передачи данных: телефонные линии, волоконно-оптический кабель, коаксиальный кабель, беспроводные и другие каналы связи.

Активное оборудование – модемы, сетевые адаптеры, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы и проч. Эти устройства необходимы для передачи и приема данных.

Сетевое программное обеспечение, управляющее процессом передачи и приема данных и контролирующее работу отдельных частей коммуникационной системы.

Чтобы передать информацию из одного пункта и получить ее в другом, телекоммуникационной системе нужно выполнить некоторые операции, которые главным образом скрыты от пользователей. Прежде, чем телекоммуникационная система передаст информацию, ей необходимо установить соединение между передающей (sender) и принимающей (receiver) сторонами, рассчитать оптимальный маршрут передачи данных, выполнить первичную обработку передаваемой информации (например, необходимо проверить, что ваше сообщение передается именно тому, кому вы его отослали) и преобразовать скорость передачи компьютера в скорость, поддерживаемую линией связи. Наконец, телекоммуникационная система управляет потоком передаваемой информации (трафиком).

Телекоммуникационная сеть обычно содержит разнообразные аппаратные и программные компоненты, которым необходимо работать совместно, чтобы передавать информацию. Различные компоненты сети «общаются» друг с другом, придерживаясь ряда правил, что и позволяет им работать всем вместе. Такой набор правил, регулирующий процесс передачи данных между двумя точками сети, называется протоколом (protocol). Каждое устройство в сети должно правильно «понимать» протокол другого устройства.

Главные функции сетевых протоколов следующие: идентифицировать каждое устройство, участвующее в передаче данных, проверить, не нуждаются ли данные в повторной передаче, выполнить повторную передачу, если произошла ошибка.

Несмотря на то что коммерческие, правительственные и компьютерные учреждения осознают необходимость введения общих стандартов для передачи данных, в промышленности пока нет универсальных стандартов.

 

1.1.2      Типы сигналов: аналоговые и цифровые. Модемы.

Поток информации в телекоммуникационной системе передается в виде электронных сигналов. Сигналы бывают двух типов аналоговые и цифровые. Аналоговый сигнал представляет собой непрерывные колебания синусоидальной формы. Аналоговые сигналы используются в основном при передаче голоса.

Цифровой сигнал, в отличие от аналогового, является дискретным и имеет импульсную форму. С помощью цифровых сигналов информация передается, предварительно закодированная двумя дискретными значениями сигнала: 0 и 1. Такая форма передачи данных весьма удобна при использовании компьютеров, которые понимают именно двоичную информацию. Но в большинстве коммуникационных каналах нельзя передавать цифровые данные без некоторого преобразования – все цифровые сигналы должны быть преобразованы в аналоговые, прежде чем быть переданными по каналу связи. Одним из устройств, применяющихся для преобразования сигналов, является модем. Модем (modem – MODulation/DEModulation, модуляция/демодуляция) – это устройство, преобразующее цифровые сигналы, передаваемые компьютером, в аналоговую форму. На принимающей стороне модем выполняет обратное преобразование сигнала – из аналоговой формы в цифровую. Модем не только связывает компьютер с телефонной линией, но также выполняет другую важную функцию – преобразовывает сигналы компьютера в форму, в которой их можно передавать по телефонной линии. 

Схема работы модема приведена на рисунке 1.2. На передающей стороне модем преобразует цифровые сигналы, идущие от компьютера, в аналоговые, которые можно передавать по телефонной линии. На принимающей стороне модем выполняет преобразование аналоговых сигналов в цифровые, понятные принимающему компьютеру, сигналы.

 

 

Рисунок 1.2 – Схема работы модема

 

По исполнению модемы бывают внешними (internal) и внутренними (external). Внешний модем представляет собой небольшую коробочку, на передней панели которого расположен блок индикаторов работы устройства. На задней панели находятся два гнезда для подключения к компьютеру – RS-232 Interface) и телефонной сети – RJ-11 Interface. Внутренний модем просто вставляется в свободный слот расширения, как любая карта. После этого нужно только подключить модем к телефонной сети кабелем с разъемами RJ11. 

 

1.1.3      Типы каналов связи.

Каналы связи (communications channels) – это линии связи, по которым одно сетевое устройство передает данные другому. Канал связи может использовать различные виды среды передачи данных: витую пару, коаксиальный кабель, волоконную оптику, радио- и инфракрасные волны, спутниковые линии связи. Каждый из типов каналов связи имеет свои преимущества и недостатки. Обычно высокоскоростные каналы более дорогие, зато по ним можно быстро передавать большие объемы данных (что снижает значение показателя цена/бит).

К примеру, соотношение цена/производительность может быть для компании лучше в случае использования спутникового канала связи, чем при использовании выделенной линии, если компания постоянно (100% времени) использует спутниковую связь. Также нужно принимать во внимание, что при использовании любой среды передачи скорость обмена данными сильно зависит от конфигурации аппаратного и программного обеспечения. Далее будут рассмотрены основные типы каналов связи – телефонные линии, коаксиальный кабель, витая пара, а также некоторые виды беспроводной связи.

В телефонных линиях в качестве среды передачи применяется двухжильный медный кабель. Существуют два типа телефонных линий, по которым может осуществляться модемная связь. Первый тип – это каналы общедоступной коммутируемой (dial-up) телефонной связи. Это самые обычные телефонные линии. Они медленны, не очень надежны и требуют, чтобы пользователь вручную устанавливал соединения для каждого сеанса связи. Скорость передачи в обычных телефонных линиях невысока, от 14 до 56 Кбит/с. Тем не менее, именно телефонные линии, благодаря своей повсеместной распространенности, составляют основу многих сетей, в том числе мировой глобальной сети Интернет Некоторые организации практикуют установку временной связи по коммутируемой линии для передачи файлов или обновления баз данных.

Другой вид телефонных линий – арендуемые, или выделенные (dedicated) линии. От обычных телефонных линий их отличает то, что такой канал используется только для организации связи между двумя определенными пунктами. В случае использования выделенной линии нет необходимости набирать номер абонента, с которым вы хотите связаться – у вас с ним проведена прямая линия связи, которая всегда к вашим услугам. Качество связи по выделенной линии обычно выше, чем связь по коммутируемой телефонной линии. Скорость передачи в выделенных линиях несколько выше – от 64 до 512 Кбит/с. Обычно владелец выделенной линии платит за ее использование некоторую постоянную сумму. Но нужно учитывать, что использовать выделенный канал можно только для передачи данных – для других целей, например, для голосовой связи, он не подходит.

Так же используемый в телекоммуникационных сетях коаксиальный кабель (coaxial cable), очень похож на тот, который применяется в телевидении. Он содержит одну медную жилу в изоляции и металлической оплетке, выполняющей функцию экрана. Экран необходим для защиты от помех, что позволяет использовать этот тип кабеля на больших расстояниях, чем кабель типа витая пара. Этот вид кабеля нашел применение в локальных сетях Ethernet. Сегодня коаксиальный кабель постепенно выходит из употребления, главным образом из-за высокой стоимости и относительно небольшой скорости передачи данных (10 – 20 Мбит/с).

На сегодня витая пара – это тип кабеля наиболее распространенный в локальных сетях. Кабель типа «витая пара» (twisted pare) содержит несколько пар медных проводов. Многие новые здания строятся с заранее готовой кабельной системой, в которой используется кабель «витая пара». При этом неиспользуемые для передачи цифровых данных пары проводов могут быть применены в других целях (например, для голосовой связи или сигнализации). Скорость передачи данных в сетях, где используется кабель витая пара, составляет от 10 Мбит/с до 100 Мбит/с. Чаще всего применяется кабель типа UTP5 (Unscrewed Twisted Pare – неэкранированная витая пара, категория 5). В тех случаях, когда необходима защита данных от помех (например, от сильных электромагнитных полей), применяют экранированную витую пару. Кабель типа «витая пара» применяется в локальных сетях, создаваемых на основе технологий Ethernet и Fast Ethernet.

Также широко используется в телекоммуникационных системах волоконно-оптический (fiber optic) кабель, который  содержит тысячи стекловолокон, каждая из которых тоньше человеческого волоса. Для передачи данные преобразуются не электрические сигналы, а в световые импульсы, которые передаются по оптоволокну с помощью лазерного устройства со скоростью от 500 Кбит до нескольких гигабит в секунду. С одной стороны, волоконно-оптические линии связи значительно быстрее, легче и намного прочнее, чем медные провода, поэтому волоконная оптика используется в качестве каналов связи в тех системах, где нужно быстро передавать большие массивы данных. С другой стороны, волоконно-оптический кабель требует больших затрат при прокладке, кроме того, он более дорог. Его лучше всего использовать для магистральных линий (backbone), а для подключения к сети компьютеров пользователей применять витую пару. Впрочем, оптоволоконный кабель находит применение и в локальных сетях, где требуется высокая степень защиты данных от несанкционированного использования (например, в банках), так как подключиться к оптоволокну с цель перехвата данных невозможно.

Также в качестве среды передачи используются беспроводные каналы связи, использующие радио или инфракрасные волны, не осуществляющие физический контакт с передающими и принимающими устройствами. На сегодня такие каналы связи являются главной альтернативой контактным способам передачи данных на основе телефонных линий, «витой пары» и оптоволокна. Наиболее часто использующиеся сегодня устройства беспроводной передачи данных – пейджеры, сотовые телефоны, радиотелефоны, системы спутникового телевидения, системы микроволновой связи. К устройствам беспроводной связи также относятся пульты дистанционного управления бытовыми устройствами и другие системы инфракрасной (ИК) связи. Мы рассмотрим только те технологии, которые применяются в телекоммуникационных сетях передачи данных, а именно: системы радиосвязи, спутниковой связи, а также ИК-устройства.

К системам микроволновой радиосвязи (microwave systems) относятся в основном наземные радиорелейные линии, которые в телекоммуникационных системах используются для передачи больших объемов информации между двумя пунктами. Микроволновые сигналы распространяются в пространстве по прямой линии, что ограничивает дальность передачи 40 – 50 километрами из-за кривизны земной поверхности. Еще один недостаток этих систем – зависимость от погодных условий.

Спутниковые системы связи (satellite communication systems) лишены недостатков, присущих радиорелейным линиям. В спутниковой системе сигналы передаются с наземной станции на спутник, который служит ретранслятором. В качестве принимающего устройства применяется обычная параболическая антенна. Спутники связи весьма эффективны по стоимости при передаче больших массивов данных на большие расстояния, поэтому системы связи этого типа используются в больших, географически распределенных организациях, а также там, где нельзя применить кабельные или радиорелейные линии связи. Например, сеть аптек Rite Aide использует системы спутниковой связи для организации быстрой двусторонней связи между региональными сладами и корпоративным мэйнфреймом, расположенным в Кэмп Хилле (Camp Hill), Пенсильвания. В каждом складе установлен сервер, который обслуживает кассовые аппараты, локальную сеть компьютеров работников аптек и менеджеров, а также проверяет наличие необходимых препаратов и оборудования. Сервер может связаться с мэйнфреймом через спутник для передачи отчетов о продажах, для получения доступа к базе данных компании, для составления расписания.

В последнее время получили распространение системы доступа к Интернет базирующиеся на использовании систем спутниковой связи. Поскольку передающее оборудование стоит довольно дорого, многие компании используют системы DirecPC. Чаще всего при работе с Интернет входящий трафик (то есть «из Интернет») гораздо выше исходящего. Системы DirecPC в качестве приемных устройств используют спутниковые антенны, а передают информацию от пользователей в Интернет по обычным наземным каналам связи. Обычные спутники связи находятся на стационарных орбитах на высоте примерно 35 км над Землей. Новые низкоорбитальные спутники (low-orbit satellites) работают на орбитах, максимально приближенных к земной поверхности, что позволяет им принимать сигналы даже от маломощных передатчиков. Такие спутники потребляют меньше энергии, а их запуск и эксплуатация обходится значительно дешевле традиционных спутниковых систем связи. Использование низкоорбитальных спутников делает возможным пользоваться услугами связи, находясь в любой точке земного шара.

Системы инфракрасной (ИК-) связи (infrared /IR-/ systems) используются, как правило, в небольших офисах для организации беспроводной связи между различными устройствами. Например, можно легко связать компьютер с принтером или соединить в локальную сеть от двух до шести компьютеров, находящихся друг от друга на небольшом расстоянии (1 – 8 м). Эти системы находят применение в мобильных офисах, когда нет необходимости или возможности прокладывать кабель. Сети, построенные на базе систем ИК-связи, быстро разворачиваются и настраиваются, но имеют низкую скорость передачи данных и не очень надежны.

 

1.1.3.1     Характеристики коммуникационных каналов.

Характеристики используемого канала связи помогают определить эффективность и возможности телекоммуникационной системы. К этим характеристикам относятся скорость передачи, направление, в котором могут следовать сигналы, а также режим передачи.

Для передачи сигналов разработаны определенные стандарты, именуемые соглашениями (conventions), придерживаться которых необходимо всем устройствам, работающим в сети. При асинхронной передаче (asynchronous transmission) по каналу связи в каждый момент времени передается один символ (8 бит). В начало каждого символа помещается стартовый бит (start bit), а в конец – стоповый бит (stop bit) и бит паритета (parity bit). Асинхронная передача используется при эксплуатации низкоскоростных каналов связи, например, обычных телефонных линий. При асинхронном методе данные передаются последовательным потоком. Каждый символ – буква, число или знак – раскладываются в последовательность битов (bits). Каждая из этих последовательностей отделяется от других стартовым битом (start bit) и стоповым битом (stop bit). Вероятность ошибок при передаче не исключена, поэтому при асинхронной связи может использоваться специальный бит – бит четности (parity bit). Он используется для контроля ошибок. При контроле четности количество посланных и принятых отдельных битов должно совпадать. Если это количество совпадает, данные приняты правильно. Если не совпадает, следует запрос на повторную передачу данных.

Прием данных при асинхронной передаче осуществляется посредством того, что принимающий компьютер использует стартовый и стоповый биты для управления синхронизацией, готовясь тем самым к приему следующего байта данных. Связь этого типа не синхронизируется. Передающий компьютер просто посылает данные. Получающий компьютер принимает данные и проверяет их, чтобы убедиться, что данные приняты без ошибок.

При синхронной передаче (synchronous transmission) за определенный временной интервал передается несколько символов, но вначале сеанса связи устройства, осуществляющие прием и передачу данных, синхронизируют работу своих электронных схем. Стартовые и стоповые биты для асинхронной связи не нужны, поэтому передача идет быстрее. Синхронную связь используют при эксплуатации быстрых телекоммуникационных каналов – выделенных линий и др. Поскольку данные передаются в синхронном режиме, стартовые и стоповые биты не нужны. Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективен, чем асинхронная передача. Синхронная связь требует меньше проверочной информации и поэтому работает быстрее. В случае ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок просто повторяет передачу кадров.

Скорость передачи показывает, как быстро биты были переданы в коммуникационный канал. Суммарное количество информации, которое может быть передано через коммуникационный канал, измеряется в битах в секунду (bits per second, BPS).

Иногда применяется другая единица измерения скорости передачи – бод (baud rate). Бод – это двоичное событие, отражающее изменение сигнала с плюса на минус или наоборот. Скорость передачи в бодах не всегда равна скорости в битах в секунду. На высоких скоростях, а также в случае применения современных методов сжатия данных, за время изменения сигнала с плюса на минус может быть передано больше одного бита информации. Поэтому, скорость в битах в секунду обычно больше, чем в бодах.

Так как за время изменения фазы сигнала (или за цикл, cycle) может быть передан один или несколько битов в секунду, производительность любого канала связи зависит от частоты, на которой канал позволяет передавать данные. Частота измеряется в Герцах (hertz). Диапазон частот, которые могут использоваться для того или иного канала связи, называется его полоса пропускания (bandwidth). Таким образом, полоса пропускания – это разность между самой высокой и самой низкой частотами, на которых канал связи может передавать данные. Чем выше диапазон частот, тем больше полоса пропускания, тем производительнее канал связи. В таблице 1.1 приведен сравнительный анализ таких показателей, как скорость передачи и стоимость, наиболее распространенных телекоммуникационных каналов.

 

Таблица 1.1 – Скорость передачи и стоимость каналов связи 

Канал связи	Скорость	Стоимость
Телефонная линия	14,4 KBPS – 56,6 KBPS	Невысокая
Выделенная линия	28,8 KBPS – 256 KBPS	Невысокая
Коаксиальный кабель	10 MBPS – 20 MBPS	Невысокая
Радиорелейная линия	256 KBPS – 100 MBPS	Невысокая
Витая пара	10 MBPS – 100 MBPS	Высокая
Спутниковый канал	256 KBPS – 100 MBPS	Высокая
Волоконная оптика	500 KBPS – 10 GBPS	Высокая

 

KBPS – kilobits per second – килобит в секунду.

MBPS – megabits per second – мегабит в секунду.

GBPS – gigabits per second – гигабит в секунду.

При передаче данных также принимается во внимание направление, в котором может следовать в канале связи поток данных. В системах симплексной связи (simplex transmission) данные всегда могут передаваться только в одном направлении. Полудуплексная связь (half-duplex transmission) позволяет передавать данные в двух направлениях, но в каждый момент времени устройства могут только передавать или только принимать данные. Системы полнодуплексной связи (full-duplex transmission) могут одновременно передавать и принимать данные.

 

1.1.4      Сетевое оборудование.

Поток данных, передающийся через канал связи, называется сетевым трафиком (network traffic). К сетевому оборудованию относятся устройства, обеспечивающие передачу и прием сетевого трафика, а также связь одних телекоммуникационных систем с другими. Основные устройства, входящие в данную группу – это модемы, сетевые адаптеры, концентраторы, репитеры, мосты, маршрутизаторы и шлюзы. С модемами вы уже знакомы, поэтому кратко рассмотрим назначение остальных устройств.

Сетевой адаптер – это устройство, с помощью которого компьютер, работающий в сети, может передавать и получать данные. Существует несколько видов сетевых адаптеров, самыми распространенными из которых являются сетевые карты (network cards).

При создании крупных сетей часто приходится прокладывать кабель на большие расстояния. При этом нужно учитывать, что в длинном сегменте кабеля может произойти затухание (signaldamping), т.е., искажение формы сигнала, что влечет искажение передаваемой информации. Чтобы этого не происходило, применяют репитеры (repeaters) – специальные повторители, усиливающие сигнал и восстанавливающие его форму.

В некоторых видах сетей (например, на основе витой пары) необходимо применять согласующие устройства, которые связывают все компьютеры с сетевыми адаптерами в один узел и осуществляют передачу данных в пределах этого узла. К таким устройствам относятся концентраторы (hubs). С ними вы познакомитесь подробнее при рассмотрении сетевых топологий.
Часто бывает необходимо соединить между собой две или несколько сетей. Для этих целей применяют мосты, маршрутизаторы и шлюзы.

Мост (bridge)  – это устройство, соединяющее две или несколько сетей одного типа. По своему действию мосты похожи на репитеры, но в отличие от последних, могу фильтровать данные, то есть передавать в другие сегменты или сети только часть трафика, что снижает нагрузку каналов связи.

Маршрутизаторы (routers) служат для организации связи между сетями и передачи данных по оптимальным маршрутам. Чаще всего маршрутизатор – это специализированный компьютер, который имеет собственный процессор для расчета путей передачи данных, а также память для хранения базы данных маршрутов и характеристик каналов связи. По сравнению с мостом маршрутизатор обеспечивает больший контроль над путями и большую защиту передаваемых данных, однако установить, настроить и эксплуатировать его гораздо сложнее.

Шлюз (gateway) – это устройство, выполняющее преобразование передаваемых данных из одного формата в другой. Шлюз может быть программным (например, шлюз электронной почты) или аппаратным, например, для связи сети на основе витой пары с сетью на базе волоконной оптики.

Остается добавить, что любой компьютер, подключенный к телекоммуникационной сети, называется хостом (host).

Для управления и поддержки работы телекоммуникационной сети используется телекоммуникационное программное обеспечение (ПО) (telecommunications software). Это ПО устанавливается на хосты и активное оборудование сетей. Основные функции телекоммуникационного программного обеспечения – управление сетью, контроль доступа к данным, контроль передачи данных, обнаружение и коррекция ошибок передачи, а также защита данных. Некоторые функции управления и мониторинга сетей выполняют операционные системы компьютеров.

 

1.2 Типы телекоммуникационных сетей

 

Существуют различные способы организации совместной работы активного и пассивного сетевого оборудования, и поэтому, есть множество способов классификации сетей. Сети можно классифицировать по конфигурации или топологии (network topology). По своим географическим размерам сети подразделяются на глобальные и локальные. Глобальные сети, как правило, охватываю достаточно большие площади – от 1-2 до сотен тысяч километров. Локальные сети объединяют компьютерные ресурсы одного или нескольких зданий. В этой части вы познакомитесь с различными видами компьютерных сетей.

 

1.2.1 Локальные сети.

Локальная сеть, ЛС (иногда используется название локальная вычислительная сеть, ЛВС) – Local Area Network, LAN – охватывает небольшие пространства, обычно одно здание или несколько близко стоящих зданий. Большинство локальных сетей связывают компьютеры, находящиеся друг от друга на расстоянии не более 600 м. Локальные сети нуждаются в своих собственных телекоммуникационных каналах (чаще всего применяется витая пара или коаксиальный кабель).

Локальные сети нашли широкое применение в бизнесе. Благодаря им, организации могут применять приложения, способствующие значительному повышению производительности и эффективности управления. К таким приложениям относятся, прежде всего, все виды электронной почты (обычная, текстовая, голосовая и видеопочта), теле- и видеоконференции, интернет-технологии. Сегодня трудно представить себе офис, не оснащенный локальной сетью. Локальные сети позволяют организациям совместно использовать программное обеспечение и дорогостоящее оборудование. Например, пользователи нескольких компьютеров, объединенных локальной сетью, могут совместно пользоваться одним лазерным или струйным принтером, подсоединенным к сети. Сети применяются для работы с приложениями  коллективного планирования, а также для организации распределенных вычислений.

Без сетей было бы невозможным совместное использование в организациях доступа к Интернет. Обычно в организациях только один компьютер напрямую подключен к поставщику услуг Интернет (провайдеру). Чтобы пользователи остальных компьютеров могли работать с Всемирной сетью, на компьютер, выполняющий функцию шлюза, устанавливается специальное программное обеспечение, выполняющее от имени пользователей запросы к Интернет. 

 

1.2.1.1 Виды локальных сетей.

Все современные локальные сети делятся на два вида:

-       одноранговые;

-       с централизованным управлением.

В одноранговой сети (peer-to-peer network) все компьютеры равноправны – каждый из компьютеров может быть и сервером, и клиентом (см.рисунок 1.3). Пользователь каждого из компьютеров сам решает, какие ресурсы будут предоставлены в общее пользование и кому.

Рисунок 1.3 – Одноранговая сеть

 

Компьютеры в одноранговых сетях организуются в рабочие группы (workgroups). Одноранговые сети, как правило, небольшие – от 2 до 10 компьютеров. В такой сети обычно нет лица, ответственного за настройку и поддержку политики безопасности сети, –  администратора (network administrator). Политика безопасности (security policy)  – это совокупность настроек, определяющая права пользователей сети на доступ к общим ресурсам. В одноранговой сети каждый пользователь ведет свою собственную политику безопасности, определяя, каким образом другие пользователи могут использовать его общие ресурсы. По мере добавления новых компьютеров в рабочую группу, она становится трудно управляемой, так как управление политикой безопасности децентрализовано. Например, в сети из 7 компьютеров необходимо вести 7 отдельных политик безопасности, чтобы поддерживать работу 7 пользователей (см.рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 – Управление одноранговой сетью

В сетях с централизованным управлением политика безопасности общая для всех пользователей сети. В операционной системе Microsoft Windows 2000 сетевая структура, состоящая из серверов и пользовательских компьютеров, совместно использующих общую политику безопасности, называется доменом (domain). Помимо политики безопасности, домен хранит базу данных пользовательских бюджетов. Пользовательский бюджет (user account) содержит информацию, которая определяет пользователя в сети. Эта информация включает в себя имя и пароль пользователя, требуемые для регистрации пользователя в сети, права (user rights) и полномочия (permissions), предоставляемые пользователю для работы с системой и доступа к ресурсам. Когда пользователь регистрируется в сети, происходит процесс аутентификации (authentication) – проверки регистрационной информации пользователя. 

Сервер, который управляет вопросами взаимодействия между пользователем и доменом, а также проводит аутентификацию пользователей, называется контроллером домена или домен-контроллером (domain controller, DC).

На рисунке 1.5 схематично показана сеть с контроллером домена, который содержит информацию о пользовательских бюджетах и управляет политикой безопасности.

 

 

Рисунок 1.5 – Сеть  с централизованным управлением

 

В сети с централизованным управлением контроллер домена (DC) управляет общей для всех пользователей политикой безопасности (security policy) и хранит информацию о пользовательских бюджетах (user accounts) в общей базе данных. Кроме того, сервер, являющийся контроллером домена, может предоставлять в общее пользование некоторые ресурсы (resources), например, дисковое пространство. В процессе аутентификации  компьютер пользователя отправляет контроллеру домена (DC) запрос на вход в сеть (login request). Домен-контроллер обрабатывает информацию (имя и пароль пользователя) и либо подтверждает вход в сеть (access granted), либо запрещает (access denied). В данном случае первый пользователь прошел аутентификацию и может работать в сети, а второй – не может, так как его учетная запись отключена (account disabled). 

В одной сети может быть несколько домен-контроллеров, каждый из которых содержит базу данных пользовательских бюджетов. Рекомендуется, чтобы в одном домене было, как минимум, два домен-контроллера на случай выхода из строя одного из них.

В больших сетях может быть несколько доменов. Иногда в крупных компаниях каждому отделу соответствует собственный домен. Вообще, решение о добавлении нового домена в сеть предприятия, как правило, может быть продиктовано двумя причинами:

-       большим числом клиентов;

-       географической распределенностью сети.

В первом случае сеть может стать настолько крупной, что будет разумным дать каждому из отделов больше самостоятельности в управлении сетью. В том же случае, если сеть компании охватывает большие пространства (например, несколько зданий или даже городов), также есть смысл в разукрупнении сети. 

Остается добавить, что каждый домен имеет имя. Каждый компьютер в домене также имеет имя. Поэтому, чтобы обратиться к какому-либо компьютеру в сети, необходимо указать имя домена и имя компьютера. Соглашения об именовании компьютеров, входящих в домен, в различных операционных системах могут отличаться. В последнее время все более популярной становится система именования, принятая в Интернет – DNS (Domain Name System).

Как правило, сетевое программное обеспечение для персонального компьютера отличается от серверного – на сервер устанавливается гораздо больше различных программ, обеспечивающих контроль, диагностику и мониторинг работы сети и самого сервера. На некоторых серверах выполняются приложения, которые не могут быть установлены на ПК или рабочую станцию. Например, на сервер баз данных или сервер электронной почты устанавливаются соответствующие программные пакеты, обслуживающие запросы пользователей к корпоративной базе данных или выполняющие пересылку электронных сообщений. Такой сервер в качестве совместного ресурса предоставляет свои возможности обработки данных и называется сервером приложений (application server).

Различные виды серверов, которые могут быть установлены в компаниях, сведены в таблицу 1.2.

 

Таблица 1.2 – Виды серверов 

Вид сервера	Назначение
Сервер баз данных	Хранение и поддержка корпоративной базы данных, выполнение запросов
Сервер электронной почты	Пересылка электронной почты, хранение почтовых сообщений
Прокси-сервер	Выполнение запросов пользователей к Интернет
Файл-сервер	Хранение общей корпоративной информации
Сервер печати	Управление печатью документов
Факс-сервер	Прием и передача факсов

Иногда один сервер может выполнять несколько возложенных на него задач, например, управлять печатью документов и одновременно быть файл-сервером.

 

1.2.1.2 Топологии локальных сетей.

Сеть с топологией «шина» (bus network) объединяет несколько компьютеров при помощи одного канала связи, который называется магистралью (trunk). В таких сетях, как правило, применяется тонкий коаксиальный кабель, по которому передаются сигналы в обоих направлениях. Топология «шина» является пассивной – компьютер, который передает информацию, отправляет сигнал не конкретному компьютеру-получателю, а всей сети. Каждый компьютер «слушает» сеть и, в случае получения сигнала, с помощью специального программного обеспечения определяет, ему он был послан или нет. Если компьютер определяет, что сигнал послан ему, данные воспринимаются и обрабатываются, если нет – сигнал игнорируется.  Топология «шина» не предусматривает наличие какого-либо центрального компонента, управляющего сетью. Если один из компьютеров выключается или выходит из строя, это никак не сказывается на работе сети – все остальные компьютеры продолжают работать. А вот если поврежден кабель, соединяющий компьютеры, сеть остановится и не сможет работать, пока эта неполадка не будет устранена. Скорость передачи в сети с топологией «шина» сравнительно невысока – от 10 до 20 MBPS. Раньше топология «шина» широко применялась в локальных сетях, но сегодня она постепенно выходит из употребления, уступая место топологии «звезда».

В сети с топологией «звезда» (star network) имеется центральный компонент, концентратор, который  связывает все компьютеры и управляет сетевым трафиком. Каждый компьютер соединен с концентратором собственным отрезком кабеля (здесь применяется кабель «витая пара»), по которому передаются сигналы в обоих направлениях. При передаче сигнал сначала отправляется в концентратор, который затем передает сигнал всем компьютерам сети. Дальше все происходит так же, как и в топологии «шина» – сигнал либо воспринимается компьютером (если был послан ему), либо игнорируется. Обрывы кабеля и отключения компьютеров не страшны этой топологии, но вот если выйдет из строя концентратор, работа сети будет парализована. Несмотря на большую по сравнению с шиной стоимость, топология «звезда» сегодня наиболее распространена в локальных сетях, так как обеспечивает лучшую защиту от перегрузок (благодаря наличию концентратора) и более высокую скорость передачи данных – от 10 до 100 MBPS и даже до 1 GBPS.

 

1.2.2 Глобальные сети.

Глобальная сеть (WAN) охватывает значительную географическую территорию и объединяет машины или хосты, предназначенные для выполнения приложений пользователя. Хосты соединяются коммуникационными подсетями и обычно являются собственностью клиента, в то время как подсетью владеет телефонная компания или поставщик услуг Интернет. Таким образом, коммуникационный аспект сети отделен от прикладного аспекта, что значительно упрощает структуру сети.

В большинстве глобальных сетей подсеть состоит их двух раздельных компонентов: линий связи и переключающих элементов. Линии связи называют каналами или магистралями. Переключающие компоненты  – это специализированные ПК, соединяющие три и более линии связи. Их называют маршрутизаторами или коммутаторами.

Набор маршрутизаторов и магистралей называют подсетью. Большинство глобальных сетей содержат большое количество кабелей или других физических носителей сигнала, соединяющих маршрутизаторы. Если между двумя маршрутизаторами нет прямой связи, они должны общаться при помощи посредников.

Когда сообщение отправляется на какой-либо маршрутизатор через посредников, оно разбивается на небольшие пакеты фиксированной длины, которые называются ячейками. И это сообщение целиком хранится на промежуточных маршрутизаторах, пока не освободится требуемая линия связи. Подсети, работающие по такому принципу, называются подсетью с промежуточным хранением или подсетью с коммуникацией пакетов.

 

 

Рисунок 1.6 – Схема подсети

 

Почти у всех глобальных сетей, кроме широковещательных, есть подсети с промежуточным хранением. Путь пакета в подсети зависит от используемого алгоритма маршрутизации и может быть строго определен или прокладываться независимо. Для объединения различных и часто несовместимых сетей используются спецмашины называемые шлюзами.

Задачей шлюза является обеспечение как аппаратного, так и программного преобразования информации при обмене между двумя такими сетями. Обычной формой объединения сетей является набор локальных сетей, объединенных при помощи глобальной. Действительно, если на рисунке слово «подсеть» заменить на слово «глобальная сеть», то там больше ничего менять не надо. Единственное техническое различие между подсетью и глобальной сетью состоит в наличии хостов. Если внутри овала только маршрутизаторы, то это подсеть, если еще и хосты, то это глобальная сеть. Реальные различия в индустрии заключаются в том, кто владеет сетью и кто пользуется ей.

Часто путают подсети, сети и интерсети. Термин подсеть употребляется в контексте глобальной сети, где он обозначает набор маршрутизаторов и линий связи между ними, которые принадлежат одному сетевому оператору. Вместе с хостами подсеть образует сеть. В случае локальной сети сеть состоит из кабелей и хостов. Подсетей там нет. Интерсеть образуется путем объединения нескольких сетей. Например, объединение двух локальных сетей или локальной сети и глобальной образуют также интерсеть. В индустрии существует мнемоническое правило: «Если создание и поддержку сети оплачивают разные организации, то это интерсеть, а не единая сеть. Если работа в сети основана на разных технологиях (широковещание в одной ее части и кабельная двухузловая система в другой) то и сети разные». Рассмотри иерархию сети Интернет как самую популярную из глобальных сетей на рисунке 1.7.

 

 

Рисунок 1.7 – Иерархия сети Интернет

 

Модем клиентского ПК преобразует цифровой сигнал в аналоговый и предает его в телефонную сеть. Аналоговый сигнал поступает на точку присутствия РОР (Point of Presence) провайдера и поступает в его региональную сеть. С этого момента вся система работает только с цифровыми данными и использует коммуникацию пакетов. Региональная сеть провайдера состоит из нескольких маршрутизаторов, расположенных в тех городах, которые он обслуживает. Если пункт назначения сообщения расположен в ведомстве провайдера, то пакеты пересылаются получателю. В противном случае они передаются оператору сетевой магистрали. В самой верхушке иерархии находятся 1000-и маршрутизаторов крупнейших междугородних и международных магистральных сетей, связанных между собой волоконно-оптической связью.

Если пакет предназначен для сетевого оператора или компании в другой магистрали, то он поступает на точку входа в сеть NAP (Network Access Point). NAP – это обычно некое помещение маршрутизаторами и линиями связи между ними. Здесь каждая магистраль должна быть представлена хотя бы одним маршрутизатором. Некоторые корпорации и хостинговые компании имеют свои собственные серверные фермы, которые соединяются с магистралями не только через NAP, но и напрямую. Некоторые наиболее крупные магистрали могут быть связаны также напрямую. Это называется частной равноранговой связью. Часто крупнейшие корпорации, борющиеся за клиентов, организуют частную равноранговую связь, что является парадоксом.

Определим преимущества и недостатки глобальной сети перед локальной:

1)     В локальной сети можно себе позволить использовать качественные линии связи: коаксиальные кабели, витую пару, оптоволоконный кабель. Глобальные же сети ввиду больших расстояний (а иногда просто огромных) применяют уже существующие телефонные связи.

2)     Глобальные сети требуют более сложных методов передачи данных и соответствующее оборудование, по сравнению с локальными сетями.

3)     Одно из главных отличий локальных сетей от глобальных – высокоскоростные каналы обмена данными между компьютерами. Для глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости передачи данных – 2400, 9600, 28800, 33600 бит/с, 56 и 64 Кбит/с.

4)     Локальные сети предоставляют, как правило, широкий набор услуг файловой службы, услуги печати, услуги службы передачи факсимильных сообщений, услуги баз данных, электронная почта и другие. Глобальные сети в основном предоставляют только почтовые услуги и иногда файловые услуги с ограниченными возможностями.

5)     Время прохождения пакета через локальную сеть обычно составляет несколько миллисекунд, время же его передачи через глобальную сеть может достигать нескольких секунд.

6)     В локальных сетях каналы связи используются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях – индивидуально.

7)     Важная особенность локальных сетей – неравномерное распределение нагрузки. Отношение максимальной нагрузки к средней может составлять 100:1 и даже выше. Такой трафик обычно называют пульсирующим. Из-за этой особенности трафика в локальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов, чем традиционный для глобальных сетей метод коммутации каналов

8)      Локальные сети отличаются плохой масштабируемостью, что не скажешь о глобальных сетях. Они, наоборот, очень хорошо масштабируемы, так как они с самого начала разрабатывались в расчете на работу с произвольными топологиями.

 

2 Интерфейсы телекоммуникационных систем

2.1 Основные интерфейсы в ТКС

 

Главная цель, которая преследуется при соединении устройств в телекоммуникационных системах, это возможность использования ресурсов каждого устройства всеми пользователями сети. Для того чтобы реализовать эту возможность, устройства, подсоединенные к системе, должны иметь необходимые для этого средства взаимодействия с другими устройствами. Задача разделения сетевых ресурсов является сложной, она включает в себя решение множества проблем – выбор способа адресации и согласование электрических сигналов при установлении электрической связи, обеспечение надежной передачи данных и обработка сообщений об ошибках, формирование отправляемых и интерпретация полученных сообщений, а также много других не менее важных задач.

Обычным подходом при решении сложной проблемы является ее декомпозиция на несколько частных проблем – подзадач. Для решения каждой подзадачи назначается некоторый модуль. При этом четко определяются функции каждого модуля и правила их взаимодействия.

Частным случаем декомпозиции задачи является многоуровневое представление, при котором все множество модулей, решающих подзадачи, разбивается на иерархически упорядоченные группы – уровни. Для каждого уровня определяется набор функций-запросов, с которыми к модулям данного уровня могут обращаться модули выше лежащего уровня для решения своих задач. Такой формально определенный набор функций, выполняемых данным уровнем для выше лежащего уровня, а также форматы сообщений, которыми обмениваются два соседних уровня в ходе своего взаимодействия, называется интерфейсом.

Интерфейс определяет совокупный сервис, предоставляемый данным уровнем выше лежащему уровню.

При организации взаимодействия устройств в сети каждый уровень ведет «переговоры» с соответствующим уровнем другого. При передаче сообщений оба участника сетевого обмена должны принять множество соглашений. Например, они должны согласовать уровни и форму электрических сигналов, способ определения длины сообщений, договориться о методах контроля достоверности и т.п. Другими словами, соглашения должны быть приняты для всех уровней, начиная от самого низкого уровня передачи битов, до самого высокого уровня, детализирующего, как информация должна быть интерпретирована.

Правила взаимодействия двух машин могут быть описаны в виде набора процедур для каждого из уровней. Такие формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются сетевые компоненты, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами. Из приведенных определений можно заметить, что понятия «интерфейс» и «протокол», в сущности, обозначают одно и то же, а именно: формализованно заданные процедуры взаимодействия компонент, решающих задачу связи компьютеров в сети. Однако довольно часто в использовании этих терминов имеется некоторый нюанс: понятие «протокол» чаще применяют при описании правил взаимодействия компонент одного уровня, расположенных на разных узлах сети, а «интерфейс» – при описании правил взаимодействия компонентов соседних уровней, расположенных в пределах одного узла.

Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов.

Программные средства, реализующие некоторый протокол, также называют протоколом. При этом соотношение между протоколом – формально определенной процедурой взаимодействия, и протоколом – средством, реализующим эту процедуру, аналогично соотношению между алгоритмом решения некоторой задачи и программой, решающей эту задачу. Понятно, что один и тот же алгоритм может быть запрограммирован с разной степенью эффективности. Точно также и протокол может иметь несколько программных реализаций, например, протокол IPX, реализованный компанией Microsoft для Windows NT в виде программного продукта NWLink, имеет характеристики, отличающиеся от реализации этого же протокола компанией Novell. Именно поэтому при сравнении протоколов следует учитывать не только логику их работы, но и качество программных решений. Более того, на эффективность взаимодействия устройств в сети влияет качество всей совокупности протоколов, составляющих стек, то есть насколько рационально распределены функции между протоколами разных уровней и насколько хорошо определены интерфейсы между ними.

Протоколы реализуются не только программно-аппаратными средствами компьютеров, но и коммуникационными устройствами. Действительно, в общем случае связь компьютеров в сети осуществляется не напрямую – «компьютер-компьютер», а через различные коммуникационные устройства такие, например, как концентраторы, коммутаторы или маршрутизаторы. В зависимости от типа устройства, в нем должны быть встроены средства, реализующие некоторый набор сетевых протоколов.

При организации взаимодействия могут быть использованы два основных типа протоколов. В протоколахс установлением соединения (connection-oriented network service, CONS) перед обменом данными отправитель и получатель должны сначала установить логическое соединение, то есть договориться о параметрах процедуры обмена, которые будут действовать только в рамках данного соединения. После завершения диалога они должны разорвать это соединение. Когда устанавливается новое соединение, переговорная процедура выполняется заново. Телефон – это пример взаимодействия, основанного на установлении соединения.

Вторая группа протоколов – протоколы без предварительного установления соединения (connectionless network service, CLNS). Такие протоколы называются также дейтаграммными протоколами. Отправитель просто передает сообщение, когда оно готово. Опускание письма в почтовый ящик - это пример связи без установления соединения.

 

2.2 Последовательные интерфейсы

 

Последовательный интерфейс для передачи данных в одну сторону использует одну сигнальную линию, по которой информационные биты передаются друг за другом последовательно. Такой способ передачи определяет название интерфейса и порта, его реализующего (Serial Interface и Serial Port). Последовательная передача данных может осуществляться в синхронном и асинхронном режимах.

При асинхронной передачи каждому байту предшествует старт-бит, сигнализирующий приемнику о начале очередной посылки, за которой следуют, биты данных или бит паритета (конроля четности). Завершает посылку стоп-бит. Старт-бит (имеющий значение лог «0») следующего посланного байта может посылаться в любой момент после окончания стоп-бита. Старт-бит обеспечивает механизм синхронизации приемника по сигналу от передатчика. Внутренний генератор синхронизации приемника использует счетчик-делитель опорной частоты, обнуляемый в момент приема начала старт-бита. Этот счетчик генерирует внутренние стробы, по которым приемник фиксирует последующие принимаемые биты.

Формат асинхронной посылки позволяют выявить возможные ошибки передачи.

Для асинхронного режима принят ряд стандартных скоростей обмена: 50, 75, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 19200, 38400, 57600, 115200 бит/сек.

Количество бит данных может составлять 5,6,7,8 бит. Количество стоп битов может быть 1, 1.5, 2 бита. Асинхронный в ПК реализуется с помощью СОМ-порта с использованием протокола RS-232C.

Синхронный режим передачи предполагает постоянную активность канала связи. Посылка начинается с синхробайта, за которым плотно следует поток информационных бит. Если у передатчика нет данных для передачи, он заполняет паузу непрерывной посылкой байтов синхронизации. При передаче больших массивов данных накладные расходы на синхронизацию в данном режиме будут ниже, чем в асинхронном. Однако в синхронном режиме необходима внешняя синхронизация приемника с передатчиком, поскольку даже малое отклонение частот приведет к быстро накапливающейся ошибке и искажению принимаемых данных. Внешняя синхронизация возможна либо с помощью отдельной линии передачи для передачи сигнала синхронизации, либо с использованием самосинхронизирующего кодирования данных, при котором на приемной стороне из принятого сигнала могут быть и импульсы синхронизации. В любом случае синхронный режим требует либо дорогих линий связи, либо дорогого оконеченного оборудования. Для РС существуют специальные платы – адаптеры SDLC, поддерживающие синхронный режим обмена. Они используются в основном для связи с большими машинами IBM и в настоящее время мало распространены. Из синхронных адаптеров в настоящее время чаще всего применяются адаптеры интерфейса V.35.

Последовательный интерфейс на физическом уровне может иметь различные реализации, различающиеся способом передачи электрических сигналов. Существует ряд родственных международных стандартов: RS-232C, RS-432A, RS-422A, RS485.

Несимметричные линии интерфейсов RS-232C, RS-432A имеют самую низкую защищенность от синфазной помехи. Лучшие параметры имеет двухточечный интерфейс

RS-422A и его магистральный (шинный) родственник RS-485, работающие на симметричных линиях связи. В них для каждого сигнала используются дифференциальные сигналы с отдельной (витий) парой приводов.

Наибольшее распространение в РС получил простейший из этих - стандарт RS-232C. В промышленной автоматике широко применяется RS-422А, а также RS-485, встречающийся и в некоторых принтерах. Существуют относительно несложные преобразователи сигналов для согласования всех этих интерфейсов.

 

2.2.1 Интерфейс RS-232C.

Интерфейс RS-232C предназначен для подключения аппаратуры, передающей или принимающей данные (АПД – аппаратура передачи данных), к оконечной аппаратуре каналов данных (АКД). В роли АПД может выступать компьютер, принтер, плоттер и другие ПУ (см. рисунок 2.1). Этой аппаратуре соответствует аббревиатура DTE-Data Terminal Equipment. В роли АКД обычно выступает модем – DCE (Data Communication Equipment). Конечной целью подключения является соединение двух устройств DTE, полная схема соединения приведена на рисунке 2.2. Интерфейс позволяет исключать канал удаленной связи вместе с парой устройств DTE, соединив устройства непосредственно с помощью нуль-модемного кабеля (см. рисунок 2.3).

Стандарт описывает управляющие сигналы интерфейса, пересылку данных, электрический интерфейс и типы разъемов. Стандарт описывает синхронный и асинхронный режимы обмена, но СОМ-порты поддерживают только асинхронный режим. Функционально RS-232C эквивалентен стандарту МККТТ V.24/V.28 и стыку С2, но они имеют различные названия одних и тех же используемых сигналов.

Рисунок 2.1 – Стандарт последовательного интерфейса

 

 

Рисунок 2.2 – Полная схема соединения по RS-232C

 

 

Рисунок 2.3 – Соединение по RS-232C нуль-модемным кабелем

 

2.2.2 Электрический интерфейс.

Стандарт RS-232C использует несимметричные передатчики и приемники – сигнал передается относительно общего провода – схемной земли симметричные дифференциальные сигналы используются в других интерфейсах – например, RS-422. Интерфейс не обеспечивает гальванической развязки устройств. Логической единице соответствует уровень напряжения на входе приемника в диапазоне -12... -3В. Для линий управляющих сигналов это состояние называется ON («включено»), для линий последовательных данных называется MARK. Логическому нулю соответствует напряжение в диапазоне +3... +12 В. Для линий управляющих сигналов это состояние называется OFF («выключено»), для линий последовательных данных называется SPACE. Между уровнями -3... +3В имеется зона нечувствительности, обусловливающая гистерезис приемника: состояние линии будет считаться измененным только после пересечения соответствующего порога. Уровни сигналов на выходах передатчиков должны быть в диапазонах -12... -5В и +5... +12В для представления единицы и нуля соответственно. Разность потенциалов между схемными землями (SG) соединяемых устройств должна быть менее 2В, при более высокой разности потенциалов возможно неверное восприятие сигналов.

Интерфейс предполагает наличие защитного заземления для соединяемых устройств, если они оба питаются от сети переменного тока и имеют сетевые фильтры.

Подключение и отключение интерфейсных кабелей устройств с автономным питанием (не питающихся от интерфейса таких, как, например, мышь) должно производиться при отключении питания. В противном случае разность не выровненных потенциалов устройств в момент коммутации (присоединения или отсоединения разъема) может оказаться приложенной к выходным или входным (что опаснее) цепям интерфейса и вывести из строя микросхемы.

Для интерфейса RS-232C специально выпускаются буферные микросхемы приемников (с гистерезисом) и передатчиков двуполярного сигнала. При несоблюдении правил заземления и коммутации включенных устройств они обычно являются первыми (хорошо, если единственными) жертвами «пиротехнических» эффектов. Иногда их устанавливают в «кроватках», что сильно облегчает замену. Часто буферные схемы входят прямо в состав интерфейсных БИС. Это удешевляет изделие, экономит место на плате, но в случае аварии обычно оборачивается крупными финансовыми потерями. Вывести из строя интерфейсные микросхемы замыканием сигнальных цепей маловероятно, поскольку ток короткого замыкания передатчиков обычно ограничен на уровне 20 мА.

Стандарт RS-232C регламентирует типы применяемых разъемов, что обеспечивает высокий уровень совместимости аппаратуры различных производителей.

На аппаратуре DTE (в том числе, и на СОМ-портах PC) принято устанавливать вилки, (male – «папа») DB25-P или более компактный вариант – DB9-P.

Девятиштырьковые разъемы не имеют контактов для дополнительных сигналов, необходимых для синхронного режима (в большинстве 25- штырьковых разъемов эти контакты не используются).

На аппаратуре DCE (модемах) устанавливают розетки (female – «мама») DB25-S или DB-9S.

Это правило предполагает, что разъемы DCE могут подключаться к разъемам DTE непосредственно (если позволяет геометрия конструктива) или через переходные «прямые» кабели с розеткой и вилкой, у которых контакты соединены «один в один». Переходные кабели могут являться и переходниками с 9 на 25-штырьковые разъемы.

Если аппаратура DTE соединяется без модемов, то разъемы устройств (вилки) соединяются между собой нуль-модемным кабелем (Zero-modem или Z-modem), имеющим на обоих концах розетки, контакты которых соединяются перекрестно.

Если на каком-либо устройстве DTE (принтер, плоттер, дигитайзер) установлена розетка - это почти стопроцентный признак того, что к другому устройству (компьютеру) оно должно подключаться прямым кабелем, аналогичным кабелю подключения модема. Розетка устанавливается обычно на тех устройствах, у которых удаленное подключение через модем не предусмотрено (или бессмысленно, как, например, у дигитайзера).

В таблице 2.1 приведено назначение контактов разъемов СОМ-портов (и любой другой аппаратуры DTE).

Назначение контактов разъема DB25S определено стандартом EIA/TIA-232-Е, разъем DB9S определен стандартом EIA/ TIA-574. У модемов (DCE) название цепей и назначение контактов, естественно, совпадает, но роли сигналов (вход-выход) меняются на противоположные.

 

 

Таблица 2.1 – Разъемы и сигналы интерфейса RS-232C

Обозначение цепи		Контакт разъема		Провод шлейфа выносного разъема РС	Направ ление	Название цепи
RS 232C	Стык	DB25S	DB9S	1*  2*  3*   4*	I/0
PG	101	1	-	(10)(10)(10) 1	-	Project Ground – Защитная земля
TD	103	2	3	3     5     3     3	0	Transmit Data – Передаваемые данные
RD	104	3	2	2      3      4   5	I	Receive Data – Принимаемые данные
RTS	105	4	7	7      4      8   7	0	Request To Send – Запрос на передачу
CTS	106	5	8	8      6      7   9	I	Clear To Send – Готовность модема к приему данных для передачи
DSR	107	6	6	6     2     9   11	I	Data Set Ready – Готовность модема к работе
SG	102	7	5	5     9     1   13	-	Signal Ground – Схемная земля
DCD	109	8	1	1     1     5   15	I	Data Carrier Detected – Несущая обнаружена
DTR	108/2	20	4	4     7     2   14	0	Data Terminal Ready – Готовность терминала (РС) к работе
RI	125	22	9	9     8      6  18	I	Ring Indicator –Индикатор вызова

 

1* – шлейф 8-битных мультикарт.

2* – шлейф 16-битных мультикарт и портов на системных платах.

3* – вариант шлейфа портов на системных платах.

4* – широкий шлейф к 25-контактному разъему.

Подмножество сигналов RS-232C, относящихся к асинхронному режиму, рассмотрим с точки зрения СОМ-порта PC, являющегося по терминологии RS-232C терминалом данных (DTE). Следует помнить, что активному состоянию сигнала («включено») и логической единице передаваемых данных соответствует отрицательный потенциал (ниже -3В) сигнала интерфейса, а состоянию «выключено» и логическому нулю – положительный (выше +3В). Назначение сигналов интерфейса приведено в таблице 2.2.

 

Таблица 2.2 – Назначение сигналов интерфейса

Сигнал	Назначение
RTS	Выход запроса передачи данных: состояние «включено» уведомляет модем о наличии у терминала данных для передачи
PG	Защитная земля, соединяется с корпусом устройства и экраном кабеля
TD	Последовательные данные – выход передатчика
RD	Последовательные данные – вход передатчика
CTS	Вход разрешения терминалу передавать данные. Состояние «выключено» аппаратно запрещает передчу данных
DSR	Вход сигнала готовности от аппаратуры передачи данных
SG	Схемная (сигнальная) земля, относительно которой действуют уровни сигналов
DCD	Вход сигнала обнаружения несущей удаленного модема
DTR	Вход сигнала готовности терминала к обмену данными. Состояние «включено» поддерживает коммутируемый канал в состоянии соединения
RI	Вход индикатора вызова

 

2.2.3 Ресурсы СОМ-портов.

Начиная с первых моделей, в PC имелся последовательный интерфейс – СОМ-порт (Communications Port – коммуникационный порт). Этот порт обеспечивает асинхронный обмен по стандарту RS-232C. Компьютер может иметь до четырех последовательных портов СОМ 1-COM4 (для машин класса AT типично наличие двух портов). СОМ-порты имеют внешние разъемы-вилки (Male «папа») DB25P или DB9P, выведенные на заднюю панель компьютера. СОМ-порты реализуются на микросхемах UART, совместимых с семейством 18250. Они занимают в пространстве ввода/вывода по 8 смежных 8-битных регистров и могут располагаться по стандартным базовым адресам 3F8h (COM1), 2F8h (COM2), 3E8h (COM3), 2E8h (COM4). Для портов COM3 и COM4 возможны альтернативные адреса 3EOh, 338h и 2EOh, 238h соответственно. Для PS/2 стандартными для портов СОМЗ-СОМ8 являются адреса 3220h, 3228h, 4220h, 4228h, 5220h и 5228h соответственно.

Порты могут вырабатывать аппаратные прерывания IRQ4 (обычно используются для COM1 и COM3) и IRQ3 (для COM2 и COM4). Кроме того, возможно использование линий прерываний IRQ11 (вместо IRQ4) и IRQ10 (вместо IRQ3). Возможность разделяемого использования одной линии запроса несколькими портами (или ее разделения с другими устройствами) зависит от реализации аппаратного подключения и программного обеспечения. При использовании портов, установленных на шину ISA, разделяемые прерывания обычно не работают.

 

2.2.3.1 Конфигурирование СОМ-портов.

Управление последовательным портом разделяется на два этапа – предварительное конфигурирование (Setup) аппаратных средств порта и текущее (оперативное) переключение режимов работы прикладным или системным ПО. Способ и возможности конфигурирования СОМ-портов зависят от его исполнения и местоположения. Порт, расположенный на плате расширения (обычно на мультикарте), устанавливаемой в слот ISA или ISA+VLB, обычно конфигурируется джамперами на самой плате. Порт, расположенный на системной плате, обычно конфигурируется через BIOS Setup.

Конфигурированию подлежат следующие параметры:

-       Базовый адрес, который может иметь значение 3F8h, 2F8h, 3E8h (3EOh,338h), 2E8h (2EOh, 238h). При инициализации BIOS проверяет наличие портов по адресам именно в этом порядке и, соответственно, присваивает обнаруженным портам логические имена СОМ1, COM2, COM3 и COM4.

-       Используемая линия запроса прерывания: для СОМ1 и COM3, обычно используется IRQ4 или IRQ11, для COM2 и COM4 - IRQ3 или IRQ10. В принципе номер прерывания можно назначать в произвольных сочетаниях с базовым адресом (номером порта), но некоторые программы и драйверы (например, драйверы последовательной мыши) настроены только на стандартные сочетания. Каждому порту, нуждающемуся в аппаратном прерывании, обычно назначают отдельную линию, не совпадающую с линиями запроса прерываний других портов или устройств. Разделяемое использование линий прерывания адаптеров шин ISA проблематично. Прерывания необходимы для портов, к которым подключаются устройства ввода (мышь, дигитайзер), UPS и модемы. При подключении принтера или плоттера прерываниями пользуются только многозадачные ОС (и то не всегда), и этот дефицитный ресурс PC можно сэкономить. Также прерываниями обычно не пользуются и при связи двух компьютеров нуль-модемным кабелем.

-       Использование канала DMA (для UART 16450 или 16550, расположенных на системной плате) - разрешение использования и номер канала DMA. Режим DMA при работе с СОМ-портами используют редко, поэтому в большинстве случаев каналы DMA порту не назначают.

Режим работы порта по умолчанию (2400 бит/с, 7 бит данных, 1 стоп-бит и контроль четности), заданный при инициализации порта во время BIOS POST, может изменяться в любой момент при настройке коммуникационных программ или командой DOS MODE COMx: с указанием параметров.

 

2.2.3.2 Использование СОМ-портов.

Вопреки названию, СОМ-порты чаще всего используют для подключения манипуляторов (мышь, трекбол). В этом случае порт используется в режиме последовательного ввода, обеспечивая питание устройства от интерфейса. Мышь может подключаться к любому исправному порту, для согласования разъемов порта и мыши возможно применение переходника DB9S-DB25P или, наоборот, DB25S-DB9P. Для работы с мышью обязательно требуется использование линии прерывания, причем для порта СОМ1 - IRQ4, а для COM2 - IRQ3.

Следующим по популярности идет подключение внешних модемов для связи с удаленными компьютерами или выхода в глобальные сети. Модемы должны подключаться полным (9-проводным) кабелем DTE-DCE. Этот же кабель может использоваться и для согласования разъемов (по количеству контактов), возможно и применение переходников 9-25, предназначенных для мышей. Для работы коммуникационного ПО обычно требуется использование прерываний, но здесь, как правило, больше свободы выбора сочетаний номера (адреса) порта и номера линии прерывания. Если предполагается работа на скоростях 9600 бит/с и выше, то СОМ-порт должен быть реализован на микросхеме UART 16550A или совместимой с ней. Возможности работы с использованием FIFO-буферов и обмена по каналам DMA зависят от коммуникационного ПО.

Для связи двух компьютеров, удаленных друг от друга на небольшое расстояние, используют и непосредственное соединение их СОМ-портов нуль-модемным кабелем. Использование программ типа Norton Commander или Interink MS-DOS позволяет обмениваться файлами со скоростью передачи до 115,2 Кбит/с без использования аппаратных прерываний. Это же соединение может использоваться и сетевым пакетом Lantastic, предоставляющим более развитый сервис.

Подключение принтеров и плоттеров к СОМ-порту требует применения кабеля, соответствующего выбранному протоколу управления потоком: программному XON/XOFF или аппаратному RTS/CTS. Аппаратный протокол предпочтительнее, поскольку он не требует программной поддержки со стороны PC. Прерывания при выводе средствами DOS (командами COPY или PRINT) не используются.

СОМ-порт иногда используется и для подключения электронных ключей (Security Devices), предназначенных для защиты от нелицензированного использования программных продуктов. Эти устройства могут быть как «прозрачными», позволяя воспользоваться тем же портом и для подключения периферии, так и полностью занимающими порт.

СОМ-порт при наличии соответствующей программной поддержки позволяет превратить PC в терминал, эмулируя систему команд распространенных специализированных терминалов (VT-52, VT-100 и других). В принципе простейший терминал получается, если замкнуть друг на друга функции BIOS обслуживания СОМ-порта (Int 14h), функцию телетайпного вывода видеосервиса (Int 10h) и клавиатурный ввод (Int 16h). Однако такой терминал будет работать лишь на малых скоростях обмена (если, конечно, его делать не на Pentium), поскольку функции BIOS хоть и универсальны, но работают не самым быстрым образом.

Этим списком, конечно же, возможности использования СОМ-порта не исчерпываются. Интерфейс RS-232C широко распространен в различных периферийных устройствах и терминалах. Все они, при наличии должной программной поддержки, могут подключаться к PC. Кроме использования по прямому назначению, СОМ-порт может использоваться и как двунаправленный интерфейс, у которого имеется 3 программно-управляемых выходных линии и 4 программно-читаемых входных линии с двуполярными сигналами. Возможность их использования ограничивается только фантазией разработчика. Существует, например, схема однобитного широтно-импульсного преобразователя, позволяющего записывать звуковой сигнал на диск PC, используя входную линию СОМ-порта. Воспроизведение этой записи через обычный динамик обеспечивает разборчивость речи. Конечно, в настоящее время, когда звуковая карта стала почти обязательным устройством PC, это уже не впечатляет, но в свое время такое решение было довольно интересным.

 

2.3 Интерфейсы беспроводной локальной сети

 

Беспроводные сети в качестве средства передачи для обеспечения взаимодействия между пользователями, серверами и базами данных используют радиоволны или инфракрасный (ИК) диапазон. Эта среда передачи невидима для человека. Кроме того, действительная среда передачи (воздух) прозрачна для пользователя. Сейчас многие производители интегрируют платы интерфейса сети (network interface card, NIC), так называемые сетевые адаптеры, и антенны в компьютерные устройства таким образом, что они не видны пользователю. Это делает беспроводные устройства мобильными и удобными в применении.

Беспроводные локальные сети обеспечивают высокие характеристики при передаче данных внутри и вне офисов, производственных помещений и зданий. Пользователи таких сетей обычно используют ноутбуки, ПК и PDA с большими экранами и процессорами, способными выполнять ресурсоемкие приложения. Эти сети вполне удовлетворяют требованиям, предъявляемым к параметрам соединений компьютерными устройствами такого типа.

Беспроводные локальные сети легко обеспечивают характеристики, необходимые для бесперебойного выполнения высокоуровневых приложений. Так, пользователи этих сетей могут получать объемные вложения в сообщения электронной почты или потоковое видео с сервера.

По своим характеристикам, компонентам, стоимости и выполняемым операциям эти сети похожи на традиционные проводные локальные сети типа Ethernet.

Вследствие того, что адаптеры беспроводных локальных сетей уже встроены в большинство ноутбуков, многие провайдеры общедоступных беспроводных сетей начали предлагать беспроводные локальные сети для обеспечения мобильного широкополосного доступа к Internet.

Пользователи ряда общедоступных беспроводных сетей в «горячих» зонах доступа таких, как аэропорты или гостиницы, могут отправлять и получать сообщения электронной почты или выходить в Internet за определенную плату (если данное учреждение не обеспечивает бесплатный доступ). Быстрый рост числа общедоступных беспроводных сетей делает Internet доступным для пользователей, находящихся в зонах скопления людей.

Преобладающим для беспроводных локальных сетей является стандарт IEEE 802.11, различные версии которого регламентируют передачу данных в диапазонах 2,4 и 5 ГГц. Основная проблема, связанная с этим стандартом, состоит в том, что в должной мере не обеспечивается взаимодействие устройств, соответствующих его различным версиям. Так, адаптеры компьютерных устройств беспроводных локальных сетей стандарта 802.11а не обеспечивают соединения с компьютерными устройствами, соответствующими стандарту 802.11b. Существуют и другие нерешенные вопросы, связанные со стандартом 802.11, например, недостаточная степень безопасности.

Для того чтобы как-то разрешить проблемы, связанные с применением устройств стандарта 802.11, организация «Альянс Wi-Fi» свела все его совместимые функции в единый стандарт, названный Wireless Fidelity (Wi-Fi). Если какое-то устройство беспроводных локальных сетей соответствует стандарту Wi-Fi, это практически гарантирует способность его совместной работы с другими устройствами, соответствующими стандарту Wi-Fi. Открытость стандарта Wi-Fi позволяет различным пользователям, применяющим разные платформы, работать в одной и той же беспроводной локальной сети, что чрезвычайно важно для общедоступных беспроводных локальных сетей.

Структура (или архитектура) сети определяет протоколы и компоненты, необходимые для удовлетворения требований выполняемых в ней приложений. Одним из популярных стандартов, на основе которого можно рассмотреть структуру сети, является Эталонная модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection (OSI) reference model), разработанная Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization, ISO). Модель OSI охватывает все сетевые функции, группируя их в так называемые уровни, задачи которых выполняются различными компонентами сети (см.рисунок 2.4). Эталонную модель OSI удобно также использовать при рассмотрении различных стандартов и возможности взаимодействия беспроводных сетей.

Уровни OSI обеспечивают выполнение следующих функций сети.

Уровень 7 – уровень приложений. Обеспечивает связь пользователей и работу основных коммуникационных служб (передача файлов, электронная почта). Примеры программного обеспечения, выполняемого на этом уровне, – простой протокол электронной почты (Simple Mail Transfer Protocol, SMTP), протокол передачи гипертекстовых файлов (Hypertext Transfer Protocol, HTTP) и протокол передачи файлов (File Transfer Protocol, FTP).

Уровень 6 – уровень представления данных. Регламентирует синтаксис передачи данных для уровня приложений и при необходимости осуществляет преобразование форматов данных. Например, этот уровень может преобразовать код, представляющий данные, при обеспечении связи между удаленными системами различных производителей.

Уровень 5 – сеансовый уровень. Устанавливает сеансы связи между приложениями, управляет ими и завершает их. Промежуточное программное обеспечение и контроллеры доступа обеспечивают такую форму связи через беспроводную сеть. Если работа беспроводной сети нарушается из-за помех, задачей сеансового уровня является приостановление связи до момента снижения уровня помех до допустимого.

Уровень 4 – транспортный уровень. Обеспечивает механизмы для создания, сопровождения и должного завершения виртуальных цепей, позволяя более высоким уровням не заботиться о деталях реализации сети. В общем случае эти цепи представляют собой соединения, устанавливаемые между приложениями, выполняемыми на разных концах коммуникационных цепей (например, между Web-браузером ноутбука и Web-страницей сервера). На этом уровне работает, например, протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP).

 

 

Рисунок 2.4 – Уровни эталонной модели OSI

Уровень 3 – сетевой уровень. Обеспечивает маршрутизацию пакетов при их следовании от отправителя к получателю. Механизм маршрутизации обеспечивавший отправку пакетов в направлении, ведущем к указанной точке назначения. На этом уровне работает протокол Internet (Internet Protocol, IP).

Уровень 2 – канальный уровень. Обеспечивает доступ к среде, а также синхронизацию между объектами сети и контроль ошибок. В беспроводных сетях на этом уровне также осуществляется координация доступа к совместно используемой среде и повторная передача в случае возникновения ошибок при передаче данных от отправителя к получателю. В большинстве разновидностей беспроводных сетей используется общий метод выполнения функций на канальном уровне, независимо от реально используемых средств передачи.

Уровень 1 – физический уровень. Обеспечивает реальную передачу информации через среду. К физическому уровню можно отнести радиоволны и ИК-излучение.

За счет комбинирования уровней сетевые структуры обеспечивают выполнение необходимых функций, но беспроводные сети непосредственно используют только нижние уровни вышеописанной модели. Например, плата интерфейса сети выполняет функции канального и физического уровней. Другие составляющие такие, как промежуточное программное обеспечение беспроводной сети, обеспечивают выполнение функций, характерных для сеансового уровня. В некоторых случаях добавление беспроводной сети может повлиять только на нижние уровни, но для обеспечения эффективной работы приложений в случае ухудшения характеристик беспроводной сети не стоит забывать и о более высоких уровнях.

Каждый уровень модели OSI обеспечивает потребности вышестоящего уровня. Так, TCP, работающий на транспортном уровне, устанавливает соединение с приложениями, выполняемыми на удаленном хосте, не учитывая то, как нижние уровни обеспечивают синхронизацию и передачу сигналов.

Как следует из рисунка 2.4, протоколы на каждом уровне взаимодействуют через сеть с уровнем соответствующего ранга. Однако реальная передача данных происходит на физическом уровне. В результате такая структура обеспечивает процесс расслоения, при котором конкретный уровень вставляет информацию своего протокола во фреймы, размещающиеся во фреймах нижних уровней. Фрейм, пересылаемый на физическом уровне, в действительности содержит фреймы всех верхних уровней.

В пункте назначения каждый уровень передает соответствующие фреймы всем вышестоящим уровням, обеспечивая работу протоколов на уровнях одинакового ранга.

В беспроводных сетях используются те же компоненты, что и в проводных сетях, однако беспроводные сети должны уметь преобразовывать информацию в форму, пригодную для передачи ее через воздушную среду (medium). Хотя беспроводная сеть непосредственно включает только часть всей инфраструктуры сети, снижение параметров всей сети вызывается, несомненно, ухудшением, вызванным применением беспроводной среды передачи. Беспроводные сети включают компьютерные устройства, базовые станции и беспроводную инфраструктуру.

Плата интерфейса сети, или сетевой адаптер (network interface card), обеспечивает интерфейс между компьютерным устройством и инфраструктурой беспроводной сети. Она устанавливается внутри компьютерного устройства, но применяются и внешние сетевые адаптеры, которые после включения остаются вне компьютерного устройства.

Стандарты на беспроводную сеть определяют, как должна функционировать плата интерфейса сети. Например, плата, соответствующая стандарту IEEE 802.11b, сможет взаимодействовать лишь с беспроводной сетью, инфраструктура которой соответствует этому же стандарту. Поэтому пользователи должны быть внимательными и заботиться о том, чтобы выбранная ими плата соответствовала типу инфраструктуры той беспроводной сети, к которой они желают получить доступ.

Основной компонент беспроводной локальной сети — радиоплата интерфейса сети, зачастую реализуемая на основе стандарта 802.11. Эти радиоплаты обычно работают на одном физическом уровне — 802.11а или 802.11b/g. Как следствие, радиоплата должна реализовывать версию стандарта, совместимого с беспроводной локальной сетью. Радиоплаты беспроводных локальных сетей, реализующие сразу несколько версий этого стандарта и обеспечивающие поэтому более высокую способность к взаимодействию (interoperability), становятся все более распространенными.

Плата интерфейса беспроводной сети характеризуется также форм-фактором, определяющим физические и электрические параметры интерфейса шины, который позволяет плате взаимодействовать с компьютерным устройством.

Радиоплаты поставляются в различных форм-факторах: ISA, PCI, PC card, miniPCI и CF. В ПК обычно используются платы ISA и PCI, а в PDA и ноутбуках PCcard, mini-PCI и CF-адаптеры.

Industry-Standard Architecture (ISA) – архитектура, соответствующая промышленному стандарту. Шина ISA получила широкое распространение с начала 80-х годов. Хотя ее характеристики были весьма невысокими, почти все производители ПК до недавнего времени устанавливали хотя бы один разъем для шины ISA. Но ее характеристики не могли улучшаться так же быстро, как параметры других компьютерных компонентов, и сейчас уже доступны высокоскоростные альтернативы этой шине. Шина ISA не оказала серьезного влияния на характеристики беспроводных локальных сетей стандарта 802.lib. Не стоит приобретать новые карты ISA, поскольку они уже устарели.

Peripheral Component Interconnect (PCI). На сегодня локальная шина соединения периферийных устройств – наиболее популярный интерфейс для ПК, поскольку имеет высокие характеристики. Изначально разработала и выпустила PCI в 1993 г. компания Intel, и эта шина до сих пор удовлетворяет потребностям последних моделей мультимедийных компьютеров. Платы PCI стали первыми, в которых была реализована технология «plug-and-play», значительно облегчающая установку платы интерфейса сети в компьютер. Схемные решения PCI могут распознать совместимые PCI-платы и начать работу с операционной системой компьютера, чтобы выполнить конфигурацию каждой платы. Это экономит время и позволяет избежать ошибок при установке плат неопытными пользователями.

PC Card. Платы конструктива PC Card были разработаны в начале 90-х годов Международной ассоциацией производителей плат памяти для персональных компьютеров IBM PC (Personal Computer Memory Card International Association, PCMCIA). PC Card представляет собой устройство размером с кредитную карту, содержащее внешнюю память, модемы, устройства подключения к внешним устройствам, а также обеспечивающее совместимость с беспроводной сетью для небольших компьютерных устройств таких, как ноутбуки и PDA. Наиболее широко распространенны и даже более популярны, чем платы для шин ISA или PCI, поскольку используются в ноутбуках и PDA, число которых быстро растет. Можно использовать PC Card и в настольном ПК, воспользовавшись адаптером, преобразующим PC Card в плату PCI, т.е. одна сетевая интерфейсная плата для двух компьютеров. Вы можете брать PC Card в деловую поездку или на работу и использовать ее же в своем настольном ПК в офисе.

Mini-PCI. Плата типа мини-PCI представляет собой уменьшенную версию стандартной платы PCI для настольных ПК и пригодна для установки в небольшие мобильные компьютерные устройства. Она обеспечивает почти такие же возможности, как и обычная плата PCI, но ее размеры примерно в четыре раза меньше. Плата типа мини-PCI может устанавливаться в ноутбуки (опционально, по желанию покупателя). Серьезным преимуществом платы такого типа (использующей радиоканал) является то, что она оставляет свободным разъем для установки PC Card, в который можно вставить плату расширения памяти или графического акселератора. Кроме того, стоимость беспроводной платы интерфейса сети на основе технологии мини-PCI, как правило, ниже. Однако эти платы тоже имеют недостатки. Для их замены, как правило, приходится разбирать ноутбук, из-за чего можно лишиться гарантии производителя. Применение платы типа мини-PCI может также привести к снижению производительности, поскольку часть обработки (если не всю обработку) они возлагают на компьютер.

CompactFlash. Впервые технология CompactFlash (CF) была предложена корпорацией SanDisk в 1994г., но беспроводные сетевые интерфейсные платы форм-фактора CF до недавнего времени не производились. Плата CF небольшого размера, весит 15 г (половину унции) и вдвое тоньше PC Card. Ее объем вчетверо меньше, чем у радиоплаты типа PC Card. Отличается низкой потребляемой мощностью, благодаря чему батареи питания служат значительно дольше, чем при использовании устройств с PC Card.

Самые распространенные адаптеры для беспроводных ЛВС имеют формфактор PC Card Туре II. Для подключения к ПК они оснащены либо 16-разрядным хост-интерфейсом PCMCIA, который можно сравнить со старой компьютерной шиной ISA, либо 32-разрядным хост-интерфейсом CardBus, являющимся аналогом шины PCI. Для нормальной работы 11-Мбит/с адаптера стандарта 802.11b вполне достаточно пропускной способности 16-разрядного интерфейса, но платы стандартов 802.11a и 802.11b, работающие быстрее, должны иметь интерфейс CardBus — многие ноутбуки оснащены им. Не следует думать, что если мобильное вычислительное устройство новое, то оно обязательно оборудовано слотом CardBus. Например, блок расширения PC Card для популярных карманных компьютеров HP iPaq поддерживает только 16-разрядные платы PCMCIA.

Большая часть недавно выпущенных ноутбуков оснащена встроенным 32-битовным хост-интерфейсом mini-PCI. Обычно слот mini-PCI находится под крышкой на нижней панели ноутбука. Очень часто беспроводные сетевые адаптеры mini-PCI предустанавливаются производителями на свои машины. Если в вашем ноутбуке такой адаптер отсутствует, вы можете купить и инсталлировать его сами.

Стационарный ПК подключается к беспроводной ЛВС с помощью либо беспроводного сетевого PCI-адаптера, либо беспроводного интерфейса USB. Для установки PCI-адаптера нужны определенные навыки, и здесь стоит отметить, что если системный блок ПК располагается под столом, то там же оказывается и антенна этого адаптера – согласитесь, не лучшее место для нее с точки зрения обеспечения надежной радиосвязи. Беспроводной интерфейс USB инсталлировать гораздо удобнее, к тому же его можно разместить так, чтобы ничто не мешало приему и передаче радиосигналов. Впрочем, в случае применения этого интерфейса может наблюдаться некоторое снижение скорости передачи данных по сравнению с таковой у PCI-адаптера.

Связь между отдельными пользовательскими устройствами беспроводной сети и платы интерфейса сети обеспечивается при помощи точки доступа.

Системное программное обеспечение точки доступа обеспечивает взаимодействие частей беспроводной локальной сети и распределительной системы точки доступа. Это программное обеспечение дифференцирует точки доступа по степени обеспечения управляемости, установки и функциям безопасности.

В большинстве случаев точка доступа обеспечивает http-интерфейс, позволяющий изменять ее конфигурацию с помощью пользовательского устройства, оборудованного сетевым интерфейсом, и Web-браузера. Некоторые точки доступа также оснащаются последовательным интерфейсом RS-232, благодаря чему их можно конфигурировать через последовательный кабель или пользовательское устройство, осуществляющее эмуляцию терминала и выполняющее программу Telnet (гипертерминал).

 

2.4 Сетевые интерфейсы TCP/IP

 

На уровне сетевого интерфейса TCP/IP создает из IP-дейтаграмм пакеты, которые могут интерпретироваться и передаваться с помощью определенных сетевых технологий. Сетевой интерфейс – это программное обеспечение, взаимодействующее с сетевым драйвером и с уровнем IP. Сетевой интерфейс обеспечивает уровню IP доступ ко всем имеющимся сетевым адаптерам.

Программное обеспечение уровня IP выбирает сетевой интерфейс в соответствии с целевым адресом передаваемого пакета. Каждый сетевой интерфейс имеет свой сетевой адрес. Уровень сетевого интерфейса отвечает за добавление и удаление заголовков протокола уровня передачи, необходимых для доставки сообщения в пункт назначения. Драйвер сетевого адаптерауправляет картой сетевого адаптера.

Сетевой интерфейс обычно связан с сетевым адаптером, однако это не обязательное требование. Например, циклический интерфейс не связан с картой адаптера. В системе должны быть установлены карты сетевых адаптеров для каждой сети, к которой она подключена (даже если это сети одного типа). Однако для работы со всеми сетевыми адаптерами нужен только один экземпляр программного обеспечения сетевого интерфейса. Например, если система подключена к двум сетям Token-Ring, то в ней должно быть установлено две карты сетевого адаптера. При этом требуется только один экземпляр программного обеспечения сетевого интерфейса token-ring и один экземпляр драйвера Token-Ring.

Интерфейсы Ethernet, 802.3 и Token-Ring используются в локальных сетях (LAN). Интерфейс SLIP применяется для работы с последовательными соединениями. Циклический интерфейс позволяет хосту отправлять сообщения самому себе. Последовательный оптический интерфейс применяется в оптических двухточечных сетях, использующих последовательное оптическое соединение. Интерфейс ATM используется для соединений ATM со скоростью передачи 100 и 155 Мбит/с. Двухточечный протокол чаще всего используется при подключении к другому компьютеру или сети по модему. Интерфейс виртуального IP (часто называемый виртуальным интерфейсом) не связан с конкретным сетевым адаптером. На одном хосте можно настроить несколько экземпляров виртуального интерфейса. В этом случае в качестве исходного будет применяться адрес первого виртуального интерфейса, если только приложение не выбрало явно другой интерфейс. Процессы, использующие виртуальный IP-адрес в качестве исходного адреса, могут отправлять пакеты через любой сетевой интерфейс, обеспечивающий наилучшую маршрутизацию пакетов. Принятые виртуальным IP-адресом пакеты передаются процессу вне зависимости от того, через какой интерфейс они были получены.

 

2.4.1 Протокол SLIP.

Протокол SLIP (Serial Line IP, RFC-1055) – это простейший способ инкапсуляции IP-дейтограмм для последовательных каналов связи. Этот протокол стал популярным благодаря возможностям подключения домашних персональных машин к сети Интернет через порт RS-232, который соединен с модемом. IP-дейтограмма в случае SLIP должна завершаться специальным символом 0xC0,называемым конец. Во многих реализациях дейтограмма и начинается с этого символа. Если какой-то байт дейтограммы равен символу конец, то вместо него передается двухбайтовая последовательность 0xDB, 0xDC. Октет 0xDB выполняет в SLIP функцию ESC-символа. Если же байт дейтограммы равен 0xDB, то вместо него передается последовательность 0xDB, 0xDD. Использование протокола SLIP предполагает выполнение ряда условий:

Каждый партнер обмена должен знать IP-адрес своего адресата, так как не существует метода обмена такого рода информацией.

SLIP, в отличие от Ethernet, не использует контрольных сумм, поэтому обнаружение и коррекция ошибок, целиком ложится на программное обеспечение верхних уровней.

Так как кадр SLIP не имеет поля тип, его нельзя использовать, в отличие от кадров Ethernet, для реализации других протоколов методом инкапсуляции.

Впервые протокол SLIP был применен в 1984 году в 4.2BSD. Скорость передачи информации при использовании протокола SLIP не превышает 19.2кб/с, что обычно достаточно для интерактивного обмена в рамках протоколов telnet или RLOGIN. Максимальный размер передаваемого блока (MTU) для SLIP лежит вблизи 256-512 байт, что обеспечивает разумный компромисс между значением задержки отклика (~256мс.) и эффективностью использования канала (~98% для CSLIP). При этом для передачи одного символа (нажатая клавиша) используется 20 байт заголовка в IP-дейтограмме и 20 байт TCP-заголовка. Если мы учтем издержки формирования SLIP-кадра, накладные расходы превосходят 40 байт. Частично этот недостаток устранен в новой версии CSLIP (Compressed SLIP, RFC-1144, предложенной Джекобсоном в 1990 году). В CSLIP заголовок сокращается до 3-5 байт (против 40 в SLIP). Эта версия протокола способна поддерживать до 16 TCP-соединений на каждом из концов последовательного канала. Многие современные SLIP-драйверы поддерживают и CSLIP.

 

2.4.2 Интерфейс FDDI.

Интерфейс FDDI (fibre distributed data interface) – интерфейс для оптических высокоскоростных сетей, этот распределенный канал специфицирован по американскому стандарту как ANSI X3T9.5, разработан фирмой IBM. Интерфейс FDDI, работая по двойной замкнутой сети, дает скорость в 100 Мбит/с, обладая в то же время низкой составляющей ошибок и сбоев. Интерфейс FDDI удобен для передачи мультимедийной информации обеспечивая равномерное распределение ширины полосы среди подключенных абонентов. У него имеется высокая пропускная способность канала и надежность, основным участком их применения являются магистральные линии, где расстояние между узловыми станциями составляет примерно 2 км, общее расстояние сети может составлять около 200 км с подключением до 1000 абонентов. 

Физический уровень разделен на два подуровня: независимый от среды подуровень PHY (Physical), и зависящий от среды подуровень PMD (Physical Media Dependent). Работу всех уровней контролирует протокол управления станцией SMT (Station Management).

Уровень PMD (Physical Media Dependent) обеспечивает необходимые средства для передачи данных от одной станции к другой по оптоволокну. В его спецификации определяются: 

-       требования к мощности оптических сигналов и к многомодовому оптоволоконному кабелю 62.5/125 мкм;

-       требования к оптическим обходным переключателям (optical bypass switches) и оптическим приемопередатчикам;

-       параметры оптических разъемов MIC (Media Interface Connector), их маркировка;

-       длина волны в 1300 нанометров, на которой работают приемопередатчики;

-       представление сигналов в оптических волокнах в соответствии с методом NRZI;

Спецификация TP-PMD определяет возможность передачи данных между станциями по витой паре в соответствии с методом MLT-3.

Уровень PHY (Physical Layer Protocol) выполняет кодирование и декодирование данных, циркулирующих между MAC-уровнем и уровнем PMD, а также обеспечивает тактирование информационных сигналов. В его спецификации определяются:

а)     кодирование информации в соответствии со схемой 4B/5B;

б)    правила тактирования сигналов;

в)     требования к стабильности тактовой частоты 125 МГц;

г)     правила преобразования информации из параллельной формы в последовательную.

 

2.4.2.1 Физический подуровень PMD (Physical Media Dependent layer).

Рассмотрим физический подуровень PMD (Physical Media Dependent layer), определенный в стандарте FDDI для оптоволокна – Fiber PMD.

Эта спецификация определяет аппаратные компоненты для создания физических соединений между станциями: оптические передатчики, оптические приемники, параметры кабеля, оптические разъемы. Для каждого из этих элементов указываются конструктивные и оптические параметры, позволяющие станциям устойчиво взаимодействовать на определенных расстояниях.

Физическое соединение – основной строительный блок сети FDDI. Типичная структура физического соединения представлена на рисунке 2.5.

Каждое физическое соединение состоит из двух физических связей – первичной и вторичной. Эти связи являются односторонними – данные передаются от передатчика одного устройства PHY к приемнику другого устройства PHY. В стандарте Fiber PMD в явном виде не определены предельные расстояния между парой взаимодействующих устройств по одному физическому соединению.

 

Рисунок 2.5 – Физическое соединение сети FDDI

 

Вместо этого в стандарте определен максимальный уровень потерь мощности оптического сигнала между двумя станциями, взаимодействующими по одной физической связи. Этот уровень равен -11 дБ:

 

dB = 10 log P2/P1,                                    (1)

 

где  P1 – это мощность сигнала на станции-передатчике;

       P2 – мощность  сигнала на входе станции-приемника.

 

Так как мощность по мере передачи сигнала по кабелю уменьшается, то затухание получается отрицательным.В соответствии с принятыми в стандарте Fiber PMD параметрами затухания кабеля и выпускаемыми промышленностью соединителями, считается, что для обеспечения затухания -11 дБ длина оптического кабеля между соседними узлами не должна превышать 2 км. Более точно можно рассчитать корректность физического соединения между узлами, если принять во внимание точные характеристики затухания, вносимые кабелем, разъемами, спайками кабеля, а также мощность передатчика и чувствительность приемника. Стандарт Fiber PMD определяет следующие предельные значения параметров элементов физического соединения, называемые FDDI Power Budget, представленные в таблице 2.3.

 

Таблица 2.3 – Предельные значения параметров элементов физического соединения

Категория элемента	Значение
Максимальная мощность передатчика	-14 дБм
Минимальная мощность передатчика	-20 дБм
Максимальная принимаемая мощность	-14 дБм
Минимальная принимаемая мощность	-31 дБм
Максимальные потери между станциями	11 дБ
Максимальные потери на км кабеля	2,5 дБ

Абсолютные значения мощности оптических сигналов (для выхода передатчика и для входа приемника) измеряются в децибелах по отношению к стандартной мощности в 1 милливатт (мВт) и обозначаются как дБм:

 

dBm = 10 log P/1,                            (2)

 

где Р – мощность также измерена в милливаттах.

Из значений таблицы 2.3 видно, что максимальные потери между станциями в -11 дБ соответствуют наихудшему сочетанию предельных значений мощности передатчика (- 20 дБм) и приемника (- 31 дБм).

Основной вид кабеля для стандарта Fiber PMD - многомодовый кабель с диаметром сердечника 62.5 мкм и диаметром отражающей оболочки 125 мкм. Спецификация Fiber PMD не определяет требования к затуханию кабеля в дБ на км, а только требует соблюдения требования по общему затуханию в -11 дБ между станциями, соединенными кабелем и разъемами. Полоса пропускания кабеля должна быть не хуже, чем 500 МГц на км.

Кроме основного вида кабеля, спецификация Fiber PMD допускает использование многомодовых кабелей с диаметром сердечника в 50 мкм, 85 мкм и 100 мкм.

В качестве разъемов стандарт Fiber PMD определяет оптические разъемы MIC (Media Interface Connector). Разъем MIC обеспечивает подключение 2-х волокон кабеля, соединенных с вилкой MIC, к 2-м волокнам порта станции, соединенными с розеткой MIC. Стандартизованы только конструктивные параметры розетки MIC, а любые вилки MIC, подходящие к стандартным розеткам MIC, считаются пригодными к использованию.

Спецификация Fiber PMD не определяет уровень потерь в разъеме MIC. Этот уровень – дело производителя, главное, чтобы выдерживался допустимый уровень потерь -11 дБ во всем физическом соединении.

Разъемы MIC должны иметь ключ, обозначающий тип порта, что должно предотвратить неверное соединение разъемов. Определено четыре различных типа ключа:

-       MIC A;

-       MIC B;

-       MIC M;

-       MIC S.

Виды ключа для этих типов разъемов приведены на рисунке 2.6.

Кроме разъемов MIC, допускается использовать разъемы ST и SC, выпускаемые промышленностью.

В качестве источника света допускается использование светодиодов (LED) или лазерных диодов с длиной волны 1.3 мкм.

Кроме многомодового кабеля, допускается использование более качественного одномодового кабеля (Single Mode Fiber, SMF) и разъемов SMF-MIC для этого кабеля. В этом случае дальность физического соединения между соседними узлами может увеличиться до 40 км - 60 км, в зависимости от качества кабеля, разъемов и соединений. Требования, определенные в спецификации SMF-PMD, для мощности на выходе передатчика и входе приемника те же, что и для одномодового кабеля.

 

 

Рисунок 2.6 – Ключи разъемов MIC

 

Спецификация на Fiber PMD требует от этого уровня выполнения функции Signal_Detect по определению факта наличия оптических сигналов на входе физического соединения станции. Этот сигнал передается на уровень PHY, где используется функцией определения статуса линии Line State Detect (см.рисунок 2.7).

 

 

Рисунок 2.7 – Функция определения сигнала на входе PMD

Уровень PMD генерирует для PHY признак присутствия оптического сигнала Signal_Detect, если мощность входного сигнала превышает -43.5 дБм, а снимает его при уменьшении этой мощности до -45 дБм и ниже. Таким образом, имеется гистерезис в 1.5 дБм для предотвращения частых изменений статуса линии при колебании входной мощности сигнала около -45 дБм.

 

2.4.2.2 Физический подуровень PHY.

Если в задачи подуровня PMD входит формирование качественных оптических импульсов на выходе и входе каждого физического соединения, то подуровень PHY имеет дело с передачей с помощью импульсов PMD логических единиц и нулей, приходящих с подуровня MAC. Более точно, подуровень PHY занимается следующими задачами:

-       Определение моментов времени снятия информации по сигналам, поступающим от подуровня PMD (тактирование входных сигналов).

-       Определение границ байт при обмене данными с MAC-подуровнем.

-       Кодирование поступающих от MAC-подуровня символов в соответствующий физический код (NRZI или MLT-3) подуровня PMD.

-       Декодирование поступающих от PMD сигналов (NRZI или MLT-3) в символы MAC-подуровня.

-       Управление эластичным буфером (Elasticity Buffer) для согласования частоты входных и выходных сигналов.

-       Определение статуса входящей физической линии на основе тестовой последовательности управляющих символов.

-       Генерация последовательности управляющих символов для выходящей физической линии по командам от подуровня SMT.

-       Фильтрация приходящих ошибочных символов для исключения их передачи на выходную линии.

Кроме 16 кодов, отведенных для 16 кодовых комбинаций исходных 4-х байтовых символов, физический и МАС-уровни оперируют несколькими служебными символами:

1) Символы состояния линии:

-       Quiet, Q (молчание) – 00000.

-       Idle, I (простой) – 11111.

-       Halt,I (останов) – 00100.

Эти символы позволяют соседям по физическому соединению определить его состояние в процессе его инициализации и поддержания.

2) Символы ограничителей начала и конца кадра:

-       Start Delimiter 1 (первый символ границы начала кадра) – 11000.

-       Start Delimiter 2 (второй символ границы начала кадра) – 10001.

-       Ending Delimiter (конец кадра) – 01101.

-       Начало кадра отмечает встретившиеся подряд два символа Start Delimiter 1 и Start Delimiter 2, называемых также символами J и K.

3) Символы логического нуля и логической единицы:

-       Reset (логический нуль) – 00111.

-       Set (логическая единица) – 11001.

Эти символы используются для указания логических значений признаков распознавания адреса, ошибки и копирования кадра.

4) Запрещенные символы – это все символы, которые не являются служебными кодами или 5-битными кодами, использованными для записи 16 возможных комбинаций 4-х разрядных кодов.

В обязанности физического уровня входит фильтрация символов, передаваемых на выходную линию порта. Если среди символов кадра встречаются запрещенные символы, то они заменяются на 4 символа Halt, которые далее сопровождаются символами Idle до передачи следующего кадра. Последующий сосед, получив кадр с 4-мя символами Halt, должен изъять поврежденный кадр из кольца. Функция фильтрации не обязательна, когда кадр проходит через МАС-блок станции, но это происходит не всегда, например, вторичное кольцо может проходить только через блоки физического уровня, не заходя в МАС-блок, если это станция с двойным подключением.

Рассмотрим подробней, каким образом происходит синхронизация приемника с передатчиком в сети FDDI при приеме кодов 4B/5В.

Сеть FDDI использует распределенную схему тактирования информации, при которой каждая станция работает со своим независимым локальным тактовым генератором. Это отличает ее от сетей Token Ring, в которых одна станция поддерживает тактирование информации для всей сети, управляя главным тактовым генератором сети, называемым Master Clock.

В сети FDDI тактовые частоты синхронизируются в каждом физическом соединении соседних станций (см.рисунок 2.8).

Каждая станция имеет два тактовых генератора - локальный, который управляет тактированием передаваемой информации, и восстанавливающим, который синхронизируется с тактовой частотой данных, приходящих от соседней станции. Локальный тактовый генератор работает на тактовой частоте 125 Мгц ± 0.005%. Восстанавливающий тактовый генератор, называемый RCRCLK (Receive Recovery Clock) подстраивается под тактовую частоту, извлекаемую из NRZI или MLT-3 сигналов при поступлении кодов Idle в промежутке между передачей кадров данных. Коды Idle, имеющие значение 111111, создают последовательность импульсов типа «меандр» с равными длительностями высокого и низкого потенциала, удобных для подстройки тактового генератора RCRCLK, так как сигнал изменяется два раза за период.

Поступающие символы записываются в соответствии с обнаруженной в импульсах кодов Idle частотой в эластичный буфер (Elasticity Buffer). Из эластичного буфера символы извлекаются уже с частотой локального генератора. В результате рассогласование частот станций в кольце постоянно сглаживается, не превышая 0.01%. Принимающая станция поддерживает заполнение эластичного буфера наполовину, извлекая очередной символ только при превышении этой границы. Блоки PMD и PHY, реализующие физический уровень технологии FDDI для каждого порта, участвуют в процедуре инициализации физического соединения каждого порта станции с портом предшествующей или последующей станций.

 

Рисунок 2.8 – Согласование тактовых генераторов в сети FDDI

 

Эта процедура проводится при непосредственном участии блока управления станцией - SMT (Station Management). Блок управления станцией выполняет большое количество функций, получая информацию и управляя всеми остальными блоками станции - PMD, PHY и MAC. Рассмотрим группу функций SMT, управляющих физическими соединениями портов и конфигурацией внутреннего пути данных. Эта группа функций получила название Connection Management (CMT).

На рисунке 2.9 показан состав функций CMT и связь их с блоками PMD, PHY, MAC и некоторыми другими элементами станции.

Станция, имеющая несколько портов, обеспечивает для каждого из них блоки PMD, PHY и элемент управления конфигурацией CCE (Control Configuration Element). ССЕ – это переключатель, который соединяет входы и выходы первичного и вторичного колец, подключенных к порту извне, с внутренними путями данных станции, в результате данные могут передаваться из порта элементу MAC станции, а могут непосредственно переправляться на другой порт. Реконфигурация станции при ее реакции на отказы производится именно переключателем CCE.

Блок управления конфигурацией имеет в своем составе несколько элементов PCM (Physical Connection Management), по одному на каждый порт.

 

Рисунок 2.9 – Структура блока управления конфигурацией CMT

 

Элемент PCM управляет физическим состоянием линии своего порта, анализируя символы, приходящие от PHY, и передавая PHY свои команды. Если элемент PCM обнаруживает изменение состояния линии, то он оповещает об этом элемент CFM (Configuration Management), который отвечает за конфигурацию внутреннего пути данных. Элемент CFM производит конфигурирование внутреннего пути, управляя переключателями портов CCE. Делает он это с помощью элементов CEM (Configuration Element Management), каждый из которых управляет одним переключателем CCE. Блок ECM (Entity Coordination Management) координирует работу всех блоков и элементов блока управления конфигурацией CMT.

Установление физического соединения – основная задача блока PCM. Блок PCM каждого порта начинает эту процедуру по команде PC_Start, получаемой от координирующего элемента ECM (см.рисунок 2.10).

 

 

Рисунок 2.10 – Управление физическим соединением портов

При получении этой команды блок PCM локального порта начинает обмениваться символами кодов 4B/5B по мини-кольцу, образуемому двумя соседними портами. Процедура инициализации физического соединения - это распределенная процедура, в ней участвуют два РСM соседних портов.

Во время этой процедуры для обмена информацией соседние порты используют не отдельные символы, а достаточно длинные последовательности символов, что повышает надежность взаимодействия. Эти последовательности называются состоянием линии.

Всего используется 4 состояния линии:

-       Quiet Line State, QLS – состояние молчания, состоит в передаче 16 или 17 символов Quiet подряд.

-       Master Link State, MLS – состояние главного порта, состоит в передаче 8 или 9 пар символов Halt-Quiet.

-       Halt Link State, HLS – состояние останова, состоит в передаче 16 или 17 символов Halt подряд.

-       Idle Link State, ILS – состояние простоя, состоит в передаче 16 или 17 символов Idle подряд.

Первый этап инициализации заключается в передаче портом – инициатором соединения – состояния QLS соседнему порту. Тот должен при этом перейти в состояние BREAK – разрыва связи, независимо от того, в каком состоянии связь находилась до получения символов QLS. Соседний порт, перейдя в состояние BREAK, также посылает символы QLS, обозначая свой переход.

После того, как порт-инициатор убедился, что первый этап инициализации выполнен, он выполняет следующий этап – переход в состояние CONNECT (соединение). Делает он это посылкой символов HLS, на что соседний порт также должен ответить символами HLS.

Если состояние CONNECT установлено, то порт-инициатор начинает наиболее содержательный этап инициализации – NEXT, включающий обмен информацией о типе портов, проведение тестирования качества линии и проведение тестового обмена МАС-кадрами. Этап NEXT состоит в обмене между соседними портами 10-ю сообщениями, которые передаются по очереди. Порт передает одно свое сообщение, затем получает и анализирует сообщение от соседа и так далее. Каждое сообщение несет один бит информации и кодируется последовательностями MLS – логический ноль, или HLS – логическая единица.

Первые два сообщения несут информацию о типе своего порта. Для кодирования нужны два бита, так как существует четыре типа портов - А, В, М или S. Третье сообщение говорит соседнему порту, приемлемо ли для данного порта соединение с указанным в принятых сообщениях типом порта. Если да, то следующие сообщения оговаривают длительность процедуры тестирования качества линии, а затем передают информацию о результатах тестирования. Тест состоит в передаче в течение определенного времени символов Idle и подсчете искаженных символов. Если качество линии приемлемо, то выполняется тестовый обмен кадрами данных с участием блоков MAC станций.

Если все этапы инициализации прошли успешно, то физическое соединение считается установленным и активным. По нему начинают передаваться символы простоя и кадры данных. Однако, до тех пор, пока станция не выполнит процедуру логического вхождения станции в кольцо, эти кадры могут нести только служебную информацию.

После установления физического соединения станция должна включить порт во внутренний путь, по которому проходят кадры данных и маркер.

Средством, с помощью которого выполняется это включение, является переключатель CCE. Он может подключить вход и выход порта к любому из трех внутренних путей станции (см.рисунок 2.11) по командам от элемента CEM блока управления конфигурацией CMT.

 

 

Рисунок 2.11 – Подключение порта к внутренним путям станции

 

Внутренние пути станции не следует путать с внешними первичным и вторичным кольцами сети. Внутренние пути могут соединяться с любым из колец, в зависимости от состояния порта.

Первичный внутренний путь обязательно должен присутствовать у любой станции. Вторичный внутренний путь является необязательным, но желательным в некоторых конфигурациях станций с двойным подключением, как это будет видно из примеров. Локальный путь используется для тестирования станции на МАС-уровне перед ее логическим включением в кольцо.

Переключатель CCE может находиться в одном из 5 состояний (см.рисунок 2.12):

-       ISOLATED – изолированное состояние, когда все пути идут мимо входа и выхода порта.

-       INSERT_P – порт включен в первичный внутренний путь.

-       INSERT_S – порт включен во вторичный внутренний путь.

-       INSERT_X – порт включен в первичный и вторичный внутренние пути. Это состояние используется для сворачивания первичного и вторичного внешних колец на данном порту (состояние WRAP сети).

-       LOCAL – порт включен в локальный внутренний путь.

 

 

Рисунок 2.12 – Состояния переключателя внутренних путей

 

С помощью перевода переключателей портов станции в нужное состояние блок управления конфигурацией может обеспечить передачу кадров и маркера по тому внутреннему пути, который соответствует текущему состоянию сети. На рисунке 2.13 приведены примеры поддержки состояний THRU_A (а) и WRAP_A (б) для станции с двойным подключением.

Состояние THRU_A соответствует нормальному режиму работы колец сети. В этом режиме первичное кольцо проходит через порты А и В, а также MAC-узел станции, а вторичное кольцо проходит только через блоки PMD и PHY каждого из портов. Состояние WRAP_A соответствует реакции сети на нарушение целостности сети, при котором порт В теряет физическое соединение с соседним по сети портом. При этом на линии устанавливается состояние Quiet Line State, так как отсутствие сигналов на входе порта соответствует получению символов Quiet (00000). Получив информацию о том, что на входе порта В установилось состояние QLS, блок PCM этого порта пытается начать процесс реинициализации физического соединения. При отсутствии физической связи между портами эта попытка называется удачной, поэтому порт переводится в состояние INSERT_X, а порт В – в состояние ISOLATED.

 

Рисунок 2.13 – Работа переключателя пути CCE в станции с двойным подключением

 

2.4.3 Интерфейсы ATM.

ATM Forum разработал много стандартов, основанных на модели ATM, в том числе следующие:

-       User-to-Network Interface (UNI – интерфейс «пользователь-сеть») определяет интерфейс между конечной станцией и коммутатором.

-       Private Network-to-Network Interface (PNNI – частный интерфейс «сеть-сеть») определяет интерфейс между коммутаторами.

Эти стандарты определяют, как рабочие станции и коммутаторы взаимодействуют в сети ATM.

Стандарты UNI, разработанные ATM Forum, определяют, каким образом устройства взаимодействуют с коммутатором.

На рисунке 2.14 показано, как пакет передается с рабочей станции коммутатору.

 

Рисунок 2.14 – Взаимодействие рабочей станции АТМ с коммутатором

 

Сначала пользователь посылает данные, например аудио-, видеоинформацию и т.д. В соответствии с типом данных какой-либо из четырех протоколов AAL получает эти данные и разбивает их на ячейки. Затем ячейки передаются на уровень ATM, который добавляет к ним информацию, необходимую для маршрутизации. Потом ячейки передаются на физический уровень, разбивающий их на биты и посылающий через среду передачи коммутатору.

На рисунке 2.15, на котором изображено несколько различных сетей АТМ частных и публичных и интерфейсы сетей АТМ с действующими на них стандартами UNI (User-to-Network Interface), PNNI (Private Network-to-Network Inteface) и B-ICI (B-ISDN Inter-Carrier Interface).

 

 

Рисунок 2.15 – B-ICI

 

Как видно из рисунка 2.15, PNNI действует либо внутри частной или публичной сети между АТМ-коммутаторами этой сети, либо между двумя частными сетями. Абревиатура PNNI в соответствии с этим имеет два значения: интерфейс между частными сетями (Private Network-to-Network Inteface) или интерфейс между АТМ-коммутаторами в частной сети (Private Network Node Interface).

Для получения полной картины интерфейсов или протоколов в сетях АТМ необходимо отметить, что между конкретным АТМ-коммутатором и частной или публичной сетью АТМ действуют, соответственно, стандарты Private или Public User-to-Network Interface (Private/Public UNI). Стандарт Public UNI действует также между частной и публичной сетями АТМ.

Кроме того, между двумя публичными сетями действует стандарт B-ICI (B-ISDN Inter-Carrier Interface).

На самом деле три стандарта UNI, PNNI и B-ICI очень тесно связаны друг с другом, более того, некоторые функции этих протоколов перекрываются между собой, и это приводит к тому, что границы между ними в силу функциональной близости этих стандартов стираются.

Рассматривая все по порядку, начнем со стандарта B-ICI, который работает между публичными сетями.

 

2.4.2.3 B-ICI.

Назначение данного стандарта заключается в обеспечении возможности предоставления услуг АТМ через национальные и международные сети АТМ. Разрабатывается этот стандарт рабочей группой B-ICI АТМ Форума.

Первая версия (v.1.1) стандарта увидела свет в сентябре 1994 года и описывала услуги, базирующиеся на постоянных виртуальных соединениях PVC.

Вторая версия (v.2.0) была принята в декабре 1995 года и включала в себя уже и предоставление услуг АТМ не только на базе PVC, но и на базе коммутируемых виртуальных соединениях SVC.

Последняя версия стандарта B-ICI, принятая АТМ Форумом, имеет номер 2.1 и принята она в ноябре 1996 года. Эта версия включает в себя дополнение по переменной скорости передачи (VBR - Variable Bit Rate) и некоторые другие функции, касающиеся поддержки адресации АТМ.

Для стандарта B-ICI характерны следующие особенности:

-       возможность поддержки функций ATM UNI;

-       возможность поддержки межсетевого взаимодействия с другими сетями, такими как Frame Relay, SMDS и низкоскоростные сети;

-       высокая надежность, дающая возможность использования B-ICI для работы в публичных сетях.

Таким образом, B-ICI поддерживает функциональные возможности работы по передаче многочисленных услуг через специфические интерфейсы такие, как SMDS ICI, FR NNI и т.д.

Хотелось бы отметить функции, которые характерны для коммутируемых виртуальных соединений B-ICI. Во-первых, сигналинг SVC B-ICI базируется на сигналинге ITU-T B-ISDN и поддерживает UNI 3.1. Соединения SVC B-ICI пригодны для использования как внутри публичных сетей, так и между ними и предоставляют следующие возможности:

-       соединение «точка-точка» и многоточечные соединения (point-to-multipoint);

-       симметричные и несимметричные соединения;

-       CBR (Constant Bit Rate) и VBR соединения;

-       поддержку адресации E.164 и систему АТМ адресации (ATM End System Address - AESA).

Последняя функция введена в версии 2.1 B-ICI и является достаточно важной при рассмотрении взаимодействия публичных сетей, которые в основном являются сетями, выросшими из телефонных сетей со своей системой адресации, характерной для телефонии.

Сделаем здесь необходимые пояснения о системе адресации, принятой в АТМ и определенной в стандарте UNI. АТМ Форум принял два базовых типа адресов: адрес конечной системы АТМ (AESA) и E.164.

Адресация AESA базируется на стандарте ISO NSAP и включает в себя три основных структуры адресации: DCC (Data Country Code), ICD (International Code Designator) и E.164.

Адресация E.164 – это точно такая же система адресации, которая применяется в телефонии. Часто ее называют «Натуральным E.164» для отличия от варианта адресации E.164 AESA. Для примера можно разобрать телефонный адрес (телефонный номер) в системе «натуральной E.164»: 441712506223. В данном случае 44 - код страны - Англия, 171 - код города - Лондон, 2506223 - номер телефона в Лондоне.

Таким образом, нынешняя версия B-ICI поддерживает и систему адресации АТМ и систему адресации, характерную для телефонии, что очень важно.

Возвращаясь к коммутируемым виртуальным соединениям B-ICI рассмотрим такую уникальную функцию B-ICI как систему измерения использования канала при таком соединении или функцию биллинга. Такая возможность очень важна для провайдеров услуг, которые должны иметь наиболее точные данные о том, каким образом используется услуга пользователем, для точной тарификации услуг.

B-ICI позволяет получать следующие характеристики по предоставляемым коммутируемым виртуальным каналам:

-       количество переданных по каналу ячеек АТМ;

-       продолжительность отдельных соединений;

-       получение значений номера вызываемого абонента используемой пропускной способности канала;

-       качества обслуживания, предоставленного по каналу;

-       скорости передачи ячеек АТМ по каналу.

 

 

2.4.2.4 PNNI.

Private Network to Network Interface (PNNI). Основное назначение PNNI - это сбор, обновление и синхронизация информации о топологии сети АТМ и адресах конечных узлов АТМ в сети. Эта информация называется маршрутной информацией, и ее можно разделить на два типа: топологическая информация или база данных и информация о достижимости конкретных адресов в сети, т.е. информация о маршрутах до конечных узлов сети. Именно поддержкой этих двух типов информации и занимается PNNI в сети АТМ.

 Кроме того, необходимо отметить, что PNNI призван минимизировать маршрутную информацию, хранящуюся в узлах сети. Эта функция PNNI достаточно важна в больших сетях АТМ с большим количеством узлов. Если проводить аналогию с сетями, построенными на базе обычных маршрутизаторов, PNNI функционально аналогичен протоколу OSPF.

Для более подробного изучения работы PNNI рассмотрим некоторую конкретную сеть АТМ, изображенную на рисунке 2.16. Перед вами некоторая сеть, состоящая из 26 коммутаторов АТМ и 33 физических каналов. Рассмотрим, каким образом на такой сети строится иерархия PNNI.

 

 

Рисунок 2.16 – Сеть АТМ

 

При переходе от физического уровня сети (см.рисунок 2.17) к нижнему уровню иерархии PNNI необходимо отметить, что узлы физической сети представляются на нижнем уровне иерархии PNNI логическими узлами, а физические каналы – логическими каналами.

Иерархия PNNI начинается на нижнем уровне, где узлы нижнего уровня организуются в так называемые Peer Groups (PG – одноранговая группа). Peer Groups – это набор логических узлов, которые обмениваются между собой информацией, так что все члены PG поддерживают одинаковым видение этой группы. Логические узлы однозначно и недвусмысленно определяются идентификаторами логических узлов (см.рисунок 2.17).

По аналогии с традиционными сетями можно назвать одноранговые группы (PG) доменами маршрутизации. Это название достаточно точно отражает суть дела, поскольку внутри одноранговой группы всегда имеется полная информация о принадлежащих ей конечных адресах АТМ, а информация о внешних по отношению к данному домену адресах дается с точностью до домена (одноранговой группы), к которой данные адреса принадлежат.

 

 

Рисунок 2.17 – Идентификаторы логических узлов.

 

PG имеют свои идентификаторы, которые устанавливаются во время конфигурирования. Соседние узлы сети обмениваются пакетами Hello с идентификаторами PG (PGID). Если PGID совпадают, то соседние узлы принадлежат одной PG. В противном случае соседние узлы принадлежат к различным PG. PGID определяется как префикс в АТМ-адресе, длиной не более 13 байт (см.рисунок 2.17).

Логические узлы соединяются логическими каналами. Логические каналы между узлами нижнего уровня совпадают с физическими каналами между физическими узлами.

 Логические каналы внутри PG называются горизонтальными, а каналы, соединяющие различные PG, называются внешними. Черные каналы на диаграмме – горизонтальные, красные – внешние.

Когда логические каналы готовы к работе, подключенные к ним узлы начинают обмен информацией по известным VCC (Virtual Channal Connection – соединение по виртуальному каналу), которые используются как RCC (PNNI Routing Control Channel – канал управления маршрутизацией). Узлы начинают посылать своим соседним узлам пакеты Hello, в которых указаны свой АТМ-адрес, ID узла и ID его порта для канала.

Таким образом, протокол Hello дает возможность двум соседним узлам узнать друг о друге. Поскольку протокол Hello PNNI поддерживает и обмен PGID, то соседние узлы имеют возможность определить к одному или к разным PG относится он и любой сосед. Протокол Hello работает все время, пока существует логический канал и может служить индикатором падения канала в то время, когда другие механизмы уже бездействуют.

Топологическая база данных создается в каждой одноранговой группе и хранится на всех узлах таких групп. Топологическая база данных включает в себя два типа информации:

-       состояние топологии сети (состояние узлов и состояние каналов);

-       информацию о достижимости адресов (адреса и адресные префиксы), т.е. информация о адресах и группах адресов, с которыми может быть установлены логические соединения.

Топологическая база данных состоит из элементов топологической базы данных PTSE (PNNI Topology State Element – элемент топологии PNNI), которые порождаются каждым узлом сети. PTSE описывают собственную идентификацию и возможности узла, а также информацию, используемую для выбора лидера PG и построения иерархии PNNI. Эта информация называется узловой.

Кроме того, информацию топологической базы данных можно разделить на атрибуты и метрики.

Атрибуты рассматриваются индивидуально при принятии решений. Например, узловой атрибут SECURITY может послужить причиной того, что уже выбранный при маршрутизации путь будет отменен.

С другой стороны метрика – это параметр, который имеет свойство накапливаться или увеличиваться в течении пути. Например, метрика задержки увеличивается по мере продвижения по выбранному маршруту.

Определенная информация о состоянии топологии, обычно относящаяся к полосе пропускания, является достаточно динамическим параметром. С другой стороны, другой тип информации о топологическом состоянии, например, административный вес, может быть достаточно статической. Поэтому в механизме распределения топологической информации PNNI не делается различий между динамической и статической информацией.

Информация о достижимости (Reachability Information – RI) подразделяется на внешнюю и внутреннюю. Внешняя и внутренняя информация о достижимости логически различима в зависимости от ее источников. Внутренняя RI представляет локальные знания о достижимости внутри домена маршрутизации. Внешняя RI получена от внешних источников (других протоколов) и не будет распространяться другим доменам или протоколам. RI как внутреннюю, так и внешнюю, можно ввести вручную с указанием на то, что может быть передано другим протоколам или доменам мершрутизации, а что – нет.

Когда соседние узлы на обоих концах логического канала были инициированы с помощью обмена пакетами Hello, подтвердившими принадлежность обоих узлов к одной и тойже PG, узлы начинают процесс синхронизации топологической базы данных, т.е. обмен информацией, в результате которой оба узла будут иметь абсолютно одинаковые топологические базы данных. Синхронизация производится с помощью обмена узлами PTSE. Передача PTSE производится с помощью специальных пакетов PTSP (PNNI Topology State Packet – пакет состояния топологии PNNI), в которые инкапсулируются PTSE.

После принятия PTSP, содержащаяся в нем PTSE проходит проверку, и ее принятие подтверждается квитанцией, которая передается отправителю PTSE. Если PTSE новая или содержит более новые данные, чем имеющаяся на узле копия, производится ее установка в топологическую базу данных узла и распространение среди соседних узлов.

Распространение PTSE происходит постоянно. PTSE, содержащиеся в топологической базе данных подвержены старению и уничтожаются через предустановленный промежуток времени, если они не переписаны вновь поступившими версиями PTSE. Узлы имеют право вносить изменения только в создаваемые ими PTSE. В PTSE, порожденные другими узлами, данный узел не может вносить никаких изменений, изменения вносятся только заменой старого PTSE на вновь полученный. PTSE могут передаваться периодически или в силу наступления некоторых событий и распространяются они только в пределах одной PG.

Прежде чем перейти к следующему уровню иерархии, необходимо определить понятие лидера PG (PGL). Лидер PG – это один из членов PG. В каждой PG должен быть один лидер PG. Лидер PG не имеет какой-либо специальной роли в группе. По отношению к любому другому узлу лидер ему полностью идентичен. PGLE – процесс порождения лидера – определяет, какой узел выбрать в качестве лидера PG. Критерием выбора является некоторый приоритет узла (Leadership Priority – LSP). PGLE является постоянно работающим процессом. Когда у какого-нибудь узла приоритет становится выше приоритета текущего лидера, то этот узел становится новым лидером. То же произойдет в случае аварии узла или его исчезновения.

Если встречаются несколько узлов с одинаковым приоритетом, то лидером становится узел с наибольшим ID. После выбора лидера PG его приоритет увеличивается для повышения стабильности. Для внутреннего функционирования PG не требуется наличие лидера, полная связность в группе может быть достигнута и при его отсутствии.

Домен маршрутизации PNNI конфигурируется как единичная PG, в которой может быть достигнута полная связность без наличия лидера PG. Вырожденная форма PG есть один единственный узел. Такая форма может возникнуть в результате конфигурации или аварий.

Основу следующего иерархического уровня PNNI составляют узлы логических групп LGN (Logical Group Node). Каждый LGN представляет собой абстракцию одноранговых групп предыдущего уровня на данном иерархическом уровне PNNI. Функции LGN и их дочерних одноранговых групп очень близки, поэтому в данной версии PNNI интерфейс между ними не рассматривается.

Так же, как и на предыдущем уровне, узлы логических групп объединяются в Peer Groups на данном уровне иерархии PNNI. Функции LGN собирать и обощать информацию о дочерних PG и наполнять ею свои собственные PG. Кроме того, они должны передавать информацию от членов своих групп к лидерам дочерних PG предыдущего уровня. LGN не принимают участия в сигналинге PNNI.

 

Рисунок 2.18 – LGN

 

LGN идентифицируется ID узла (см.рисунок 2.18), который по умолчанию содержит PGID той PG, которую он представляет на этом уровне. Адресуется LGN уникальным АТМ-адресом, который, к примеру, может ссылаться на адрес узла нижнего уровня в том же коммутаторе, но иметь другое значение поля SEL (см.рисунок 2.19).

Узлы логических групп на этом уровне иерархии PNNI объединяются в Peer Groups, аналогично тому, как это происходило на нижнем уровне иерархии PNNI.

Эти PG называются родительскими по отношению к PG нижнего уровня из которых они произошли. А эти PG нижнего уровня, соответственно, называются дочерними по от ношению к ним.

Родительская PG идентифицируется PGID, который должен быть короче дочернего идентификатора PGID. Любой лидер PG должен быть сконфигурирован с идентификатором его родительской группы.

 

Рисунок 2.19 – Значение поля SEL

 

Поле AFI используется PNNI для различения индивидуальных и групповых адресов АТМ-систем. Поле SEL игнорируется протоколом PNNI. В адресации активно используется система префиксов. Префикс может занимать от 0 до 152 младших бит адреса. Префикс длиной 0 означает «ВСЕ АТМ-СИСТЕМЫ» и обозначает путь по умолчанию (default route). Префикс длиной больше 0 означает некоторую часть области адресов, причем, чем меньше длина префикса, тем шире адресная область, им обозначаемая.

Длина PGID отражает уровень этой группы в иерархии PNNI. Он ссылается к своей длине, как к индикатору уровня. В иерархии не обязательно должны присутствовать последовательно все уровни, некоторые могут быть пропущены. Так, например, PG с длиной ID раной «n», могут иметь родителей в любом диапазоне от «0» до «n-«. И, наоборот, PG с ID длиной «m» может иметь дочернюю PG в диапазоне уровней от «m+1» до 104 бит (13 байт).

Узел логической группы полностью отражает лежащую под ним PG. Ассоциированный с этой PG ее лидер, как член этой PG, имеет полную информацию о состоянии всех узлов в этой группе. Это позволяет лидеру PG со всей необходимой информацией моментально насытить узел логической группы. Концептуально это может быть представлено как передача информации вверх по иерархии узлу логической группы.

Этот поток вверх содержит два типа информации (см.рисунок 2.20):

-       достижимость (суммарная адресная информация, необходимая для определения адресов, которые могут быть доступны через PG нижнего уровня);

-       топология в целом (суммарная топологическая информация, необходимая для построения маршрута в/или через PG нижнего уровня).

В этом процессе передачи вверх действует фильтрующая функция наследования информации, которая пропускает вверх только необходимую для верхнего уровня информацию.

 

 

Рисунок 2.20 – Топология сети

 

PTSE никогда не передаются вверх по иерархии (см.рисунок 2.20). Вместо этого узлы логических групп создают PTSE с обобщенной информацией и распространяют их между членами своей PG своего уровня иерархии PNNI.

Информация передается с верхних уровней на нижние с помощью PTSE верхних уровней. Узлы логических групп передают PTSE лидерам своих дочерних PG, которые, затем распространяют эту информацию среди членов своей группы. Эта информация необходима для работы по поиску маршрутов узлами нижнего уровня в домене PNNI маршрутизации. LGN передает все имеющиеся у него PTSE в PGL.

Таким образом, PTSE распространяются по горизонтальным каналам и вниз по иерархии в и через дочерние PG.

Внешним каналом одноранговой группы является канал между узлом данной группы и узлом соседней одноранговой группы того же уровня иерархии. Логические узлы одноранговой группы, имеющие хотя бы один внешний канал, называются граничными узлами.

По внешним каналам не производтся обмен базами данных. По ним работает только протокол Hello. Граничные узлы расширяют протокол Hello, добавляя в него информацию о своих PG верхнего уровня, и узлах логических групп, представляющих их на верхнем уровне. Эта информация называется списком узловой иерархии - Nodal Hierarchy List.

Nodal Hierarchy List (список узловой иерархии) дает возможность граничным узлам определить, что в верхнем уровне они принадлежат к одной группе (PG). Такой механизм дает возможность каждому узлу узнать полную топологию (включая узлы и каналы) как внутри своей группы, так и иметь полную обобщенную информацию о топологии своих родителей и прародителей – PG верхних уровней.

Таким образом, граничные узлы имеют связь с теми узлами верхнего уровня, которые на их уровне представлены их соседними граничными узлами. Эти связи между граничным узлом группы нижнего уровня и узлом, представляющим соседний граничный узел на верхнем уровне, называются UpLink’ами.

Узел на другом конце UpLink’а называется UpNode и всегда является одним из предков его соседней группы (см.рисунок 2.21).

 

 

 

Рисунок 2.21 – Узел на другом конце UpLink’а

 

Для определения состояния канала Uplink, граничный узел обязан расширить протокол Hello, добавляя в него параметр ULIA (UpLink Information Attribute – атрибут информации об Uplink’е), и передать этот пакет узлу верхнего уровня на другой стороне канала Uplink.

С помощиью параметра ULIA нижняя сторона сообщает верхней о гарантированных ею параметрах канала Uplink в противоположном передаче Hello направлении (т.е. вниз) и наоборот.

Граничные узлы представляют их каналы Uplink в PTSE, которые распространяются по PG. Это позволяет всем узлам в PG дополнить их топологические базы данных информацией об каналах Uplink. Это дает также лидерам PG поисковую информацию, которая должна быть передана вверх по иерархии, так каналы Uplink помогают создавать PG верхнего уровня.

Состояние топологических параметров в обоих направлениях по каналу Uplink включаются в PTSE для канала Uplink, поскольку верхние узлы (upnodes) не представляют PTSE для направления вниз. Параметрами состояния топологии в противоположном направлении канала Uplink узлы обмениваются в пакетах Hello по внешнему каналу.

На рисунке 2.22 представлен пример полной иерархии PNNI, состоящей из трех уровней. Как видно из рисунка, не каждая PG нижнего уровня должна иметь прародителя на следующем уровне иерархии. Прародитель может находиться и через один уровень, и через два и т.д.

 

 

Рисунок 2.22 – Пример полной иерархии PNNI

 

В заключение этого достаточно плотно сжатого описания PNNI хотелось бы еще раз подчеркнуть основные функции PNNI:

-       это – протокол маршрутизации в сетях АТМ;

-       создание и поддержание топологических баз данных;

-       минимизация топологичекой информации на каждом узле сети;

-       обобщение информации о состоянии топологии сети;

-       построение маршрутной иерархии сети АТМ.

 

2.4.2.5 Интерфейс DXI.

Интерфейс обмена данными (DXI) АТМ позволяет осуществлять доступ к сети АТМ существующего оборудования (например, маршрутизаторов) без его модернизации. Физическими интерфейсами DXI обычно являются интерфейсы типа V.35 или высокоскоростного последовательного интерфейса HSSI. Формат данных соответствует протоколу HDLC. Мультиплексор доступа преобразует кадры HDLC в ячейки, при необходимости преобразует трафик для выполнения соглашения по трафику. Сопряжение с сетью АТМ производится по интерфейсу UNI.

 

2.4.2.6 Интерфейс F-UNI.

Основанный на кадрах интерфейс UNI (Frame-Based UNI – FUNI) очень похож на интерфейс DXI. Основное отличие состоит в том, что функция SAR выполняется сетью. Основной целью данного интерфейса является предоставление доступа к АТМ на скорости 64 кбит/с. На этих скоростях стоимость доступа очень низка. При использовании доступа на основе ячеек эффективность ниже из-за заголовка ячейки, что делает доступ медленнее (и дороже) по сравнению с протоколами на основе кадров таких, как Frame Relay. Использование кадров HDSL в FUNI дает эффективность Frame Relay наряду с мощью сигнализации АТМ, которая в свою очередь включает поддержку SNMP и MIB.

 

2.4.2.7 Интерфейс NNI.

Отличие от формата ячейки UNI заключается в первых четырех битах заголовка. Вместо поля GFC увеличена длина поля VPI до 12 бит. Это дает возможность установления большого количества виртуальных соединений через одно физическое соединение между коммутаторами сети АТМ. Также NNI выполняет функцию распределения сведений о текущей топологии сети между коммутаторами. При изменении топологии (при обрыве физических соединений или другой неисправности) коммутаторы должны знать, что произошло, какие соединения нарушены и какие требуют переустановления.

 

2.4.3 Двухточечный протокол (PPP).

Протокол PPP (Point-to-Point Protocol) предназначен для решения тех же задач, что и SLIP, но лишен многих его недостатков, он служит для передачи мультипротокольных дейтограмм от одного узла к другому. PPP поддерживает, как асинхронный режим с 8 битами данных без бита четности (согласуется со свойствами последовательного интерфейса, имеющегося практически на всех ЭВМ), так и побитовый синхронный режим. Протокол содержит в себе три составные части:

-       Метод инкапсуляции дейтограмм при передаче по последовательным коммуникационным каналам.

-       Протокол LCP для установления, конфигурирования и тестирования информационных каналов.

-       Набор протоколов NCP для установки и конфигурирования различных протоколов сетевого уровня.

Протокол управления каналом (LCP – Link Control Protocol) является частью PPP. Идеология NCP реализована и в протоколе TCP. Каждый кадр PPP начинается и завершается флагом 0x7E. За стартовым флагом-октетом следует байт адреса, который всегда равен 0xFF. Формат кадра PPP представлен на рисунке 2.23. Кадр PPP может содержать только целое число байт. При инкапсуляции других пакетов в PPP используется бит-ориентированный протокол HDLC (High-level Data Link Control).

 

Рисунок 2.23 – Формат кадра в протоколе PPP

 

Поле адрес всегда содержит байт 0xff (смотри также HDLC). Это указывает на то, что все станции должны принять этот кадр, и исключает необходимость выделения каких-то специальных адресов. Байт управления всегда равен 0x03, что указывает на ненумерованный тип кадра. По умолчанию, кадры PPP передаются в режиме «без установления соединения». Если требуется надежная доставка, используется версия, описанная в RFC-1663. Двухоктетное поле протокол сходно по функции с полем тип в кадре Ethernet и определяет то, как следует интерпретировать информационное поле (см.таблицу 2.4). Значение 0x0021 этого поля говорит о том, что последующее информационное поле содержит в себе IP-дейтограмму. Поле CRC (Cyclic Redundancy Check) представляет собой циклическую контрольную сумму, предназначенную для выявления ошибок при транспортировке PPP-кадра. Применение флагов-ограничителей кадра (0x7E) создает те же проблемы, о которых говорилось при описании SLIP-протокола, – эти байты не могут присутствовать в информационном поле. В синхронном режиме эта проблема решается на аппаратном уровне. При работе в асинхронном режиме для этого используется специальный ESC-символ, равный 0x7D. Когда этот esc-символ встречается в информационном поле, шестой бит в следующем за ним байте инвертируется. Так, байт 0x7E будет преобразован в последовательность 0x7D, 0x5E, а байт 0x7D – в два байта 0x7D, 0x5D. Все символы с кодами меньше 0x20 также преобразуются в ESC-последовательности. Например, 0x07 будет преобразован в 0x7D, 0x27. Это необходимо делать, так как управляющие символы могут оказать непредсказуемые воздействия на режим работы драйверов или модемов, используемых в канале. Протокол PPP, в отличие от SLIPЮ допускает мультипротокольность и динамическое определение IP-адресов партнеров. Несмотря на определенные преимущества протокола PPP перед SLIP, последний распространен достаточно широко. Не трудно заметить, что все перечисленные физические среды используют последовательный формат передачи информации.

 

Таблица 2.4 – Стандартизованные DLL-номера протоколов для PPP

DLL-код протокола (шестнадцатеричный)	Наименование протокола
0001	Протокол заполнения (padding)
0003-001F	Зарезервировано
0021	IP-протокол
0023	Сетевой уровень OSI
0025	Xerox NS IDP
0027	Decnet фаза IV
0029	Appletalk
002B	Novell IPX
002D	Компрессированный TCP/IP протокол Ван Джекобсона
002F	Не компрессированный TCP/IP протокол Ван Джекобсона
0031	PDU мостов
0033	Потоковый протокол (ST-II)
0035	Banyan Vines
0039	Appletalk EDDP
003B	Appletalk Smartbuffered
003D	Multi-link
003F	Кадры Netbios
0041	Cisco Systems
0043	Ascom Timeplex
0047	Удаленная локальная сеть DCA
0049	Транспортный протокол для последовательных данных (PPP-SDTP)
004B	SNA через 802.2
004D	SNA
004F	Сжатие заголовков IPv6
007D	Зарезервировано (Управл. ESC) [RFC1661]
00FD	1-ый вариант компрессии
0201	Пакеты отклика 802.1d
0203	IBM BPDU базовой маршрутизации
8021	Управляющий протокол Интернет (IPCP)
8023	Управляющий протокол сетевого уровня OSI
8025	Управляющий протокол Xerox NS IDP
8027	Управляющий протокол Decnet фаза VI
8029	Управляющий протокол Appletalk
802B	Управляющий протокол Novell IPX
8031	Бридж NCP

Продолжение Таблицы 2.4

DLL-код протокола (шестнадцатеричный)	Наименование протокола
8033	Потоковый управляющий протокол
8035	Управляющий протокол Banyan Vines
803D	Многосвязный управляющий протокол
803F	Управляющий протокол кадров NetBIOS
8041	Управляющий протокол Cisco
8043	Ascom Timeplex
8045	Управляющий протокол Fujitsu LBLB
8047	Управляющий протокол удаленных локальных сетей DCA (RLNCP)
8049	Управляющий протокол передачи последовательных данных (PPP-SDCP)
804B	Управляющий протокол для передачи sna поверх 802.2
804D	Управляющий протокол SNA
804F	Управляющий протокол сжатия заголовков IPv6
80FD	Управляющий протокол сжатия
C021	Канальный управляющий протокол
C023	Протокол аутентификации паролей
C025	Сообщение о состоянии канала
C081	Управляющий протокол для работы с контейнерами

 

Значения кодов поля протокола от 0xxx до 3xxx идентифицируют протоколы сетевого уровня, а значения в интервале 8xxx - bxxx говорят о том, что протокол соответствует NCP (Network Control Protocol). Коды из диапазона 4xxx - 7xxx используются для протоколов с низким уровнем трафика, а коды от cxxx до exxx соответствуют управляющим протоколам (например, LCP).

Протокол PPP при установлении соединения предусматривает процедуру аутентификации, которая является опционной (см.рисунок 2.24).

 

 

Рисунок 2.24 – Алгоритм установления соединения PPP

После перехода на сетевой уровень вызывается NCP-протокол, который выполняет необходимую конфигурацию канала.

При обнаружении несущей или по инициативе клиента система может попытаться установить соединение. В случае успеха система переходит в фазу аутентификации. Если же и фаза аутентификации завершается благополучно, система выполняет подключение к сети (IP, IPX, Appletalk и т.д.), настройка сетевого уровня производится в рамках протокола NCP. Во всех остальных случаях производится возврат в исходное состояние. Процедура закрытия соединения осуществляется протоколом LCP.

В поле данных PPP-пакета может быть вложен один LCP-пакет, в этом случае в поле протокол должен быть записан код 0xC021 (Link Control Protocol). LCP-протокол служит для установления соединения путем обмена конфигурационными пакетами. По завершении этого обмена система переходит в фазу аутентификации. Формат LCP-пакета показан на рисунке 2.25.

 

 

Рисунок 2.25 – Формат  заголовка LCP-пакета

 

Вслед за заголовком следует поле данных. Поле «код» идентифицирует модификацию LCP-пакета. Если получен пакет с неизвестным полем код, посылается пакет-отклик «отклонение кода». Поле «идентификатор» служит для нахождения соответствия между запросами и откликами. Если получен пакет с неправильным идентификатором, он просто уничтожается. Двухоктетное поле «длина» определяет размер LCP-пакета, включая размер заголовка. Октеты принятого пакета за пределами, заданными полем «длина», игнорируются.

В качестве примера можно рассмотреть процедуру подключения персональной ЭВМ к серверу через модем. После того как модем маршрутизатора ответит на вызов модема-клиента и установит физическое соединение, ЭВМ посылает последовательность LCP-пакетов, вложенных в поля данных одного или нескольких PPP-кадров. Это позволяет выбрать необходимые параметры PPP. По завершении этой процедуры посылается последовательность NCP-пакетов, которые конфигурируют сетевой уровень. Вероятно, ЭВМ захочет работать со стеком протоколов TCP/IP, и по этой причине нуждается в IP-адресе. Если провайдер имеет N IP-адресов в резерве, он может подключить одновременно N ЭВМ. Присвоение IP-адреса осуществляется также в рамках NCP-протокола. После этого ЭВИ становится узлом Интернет. Завершение сессии и освобождение IP-адреса выполняется также через NCP-протокол. Разрыв соединения осуществляет протокол LCP.

За полем «длина» могут следовать поля опций. Опции определяются все сразу на фазе конфигурирования канала. Описание опции содержит однооктетные субполя типа и длины, за которыми следует поле данных. Значения субполя типа представлены в таблице 2.5.

 

Таблица 2.5 – Значения субполей

Значение кода поля типа	Назначение опции
0	Зарезервировано
1	Maximum-Receive-Unit (указывает максимальный размер блока данных, который может быть принят)
3	Authentication-Protocol (протокол аутотентификации)
4	Quality-Protocol (протокол качества)
5	Magic-Number (магическое число, опция служит для выявления каналов с петлями обратной связи)
6	Protocol-Field-Compression
7	Address-and-Control-Field-Compression

 

Существует три класса LCP-пакетов:

-       пакеты конфигурации канала, которые используются при формировании виртуального канала (Configure-Request, Configure-Ack, Configure-Nak и Configure-Reject).

-       пакеты закрытия канала (Terminate-Request и Terminate-Ack).

-       пакеты поддержания, которые служат для управления и отладки(Code-Reject, Protocol-Reject, Echo-Request, Echo-Reply и Discard-Request).

Аналогом LCP является протокол IPCP (IP Control Protocol). В поле код протокола в этом случае записывается 8021 (RFC-1332). Формат пакета IPCP показан на рисунке 2.26.

 

 

Рисунок 2.26 – Формат пакета IPCP. Младшие биты слева.

 

Поле тип содержит 2, в поле «длина» заносится число байт в пакете (≥4). В поле «протокол сжатия IP» заносится код алгоритма сжатия (0х02D – в случае алгоритма Ван Джекобсона). Поле «данные» может содержать нуль или более октетов. Конфигурационный запрос может потребовать присылки (присвоения) IP-адреса. Для решения этой задачи предусмотрена опция IPCP-пакета, где полетип=3, длина=6, а последующие 4 байта выделены для IP-адреса, куда отправитель должен его записать. Если туда записаны нули, это говорит о том, что отправитель запрашивает свой IP-адрес.

2.4.4 Параллельный сетевой интерфейс HIPPI. 

Все рассматриваемые до сих пор системы передачи информации использовали исключительно последовательный код. На разных этапах эволюции телекоммуникаций предпочтение отдавалось и параллельному, и последовательному методам обмена данными. В данный момент параллельный интерфейс сохранился только для подключения принтеров. Главным преимуществом последовательных схем передачи информации является экономия на кабелях. Ниже описан еще один стандарт, где применен параллельный интерфейс (начало разработки относится к 1987 году).

HIPPI (high performance parallel interface) представляет собой быстродействующий параллельный интерфейс, рассчитанный на пропускную способность 800 Мбит/с (но возможны версии со 100, 200 400 и 1600 Мбит/с). Разработка интерфейса выполнена в Лос-Аламосе. Позднее на базе этого интерфейса была подготовлена идеология сети.

Длина кода, передаваемого за один такт в HIPPI, составляет 32 разряда (версия HIPPI, рассчитанная на скорость 1600 Мбит/с, имеет длину кода 64 бита). Все пересылки являются симплексными. Существует стандарт Superhippi (HIPPI-6400, 6,4 Гбайт/с), который описывает систему передачи данных в 8 раз более быстродействующую, чем HIPPI. Разработана версия последовательного HIPPI на скорость обмена 1,2 Гбод для коаксиального и оптоволоконного кабеля (до 10км; версия HIPPI-FC – fiber channel). Максимальное расстояние между станцией и переключателем составляет 25 м. Максимальная дистанция между станциями (станция-переключатель-станция) равна 50 м. Предельное число станций зависит от типа используемых переключателей. Переключатели могут взаимодействовать друг с другом (HIPPI-SC), обеспечивая информационный обмен между станциями.

HIPPI предполагает передачу данных по медному кабелю (или оптическому волокну) только в одном направлении по схеме связи «точка-точка», но два канала HIPPI могут обеспечить и двунаправленный обмен данными. Передающий кабель может содержать 50/100 скрученных пар или соответствующее число оптических волокон. Длина пакета данных может варьироваться. Протокол HIPPI рассчитан на работу в реальном масштабе времени при суммарных длинах кабелей до десятков километров.

Стандартный блок данных содержит 256 слов (1024 или 2048 байт). Пример топологии сети HIPPI представлен на рисунке 2.27.

 

Рисунок 2.27 – Пример топологии сети HIPPI (П – переключатели, С – станции)

Для контроля корректности передачи предусмотрен контроль по четности для каждого байта на шине, кроме того, для каждого блока данных вычисляется «продольная» контрольная сумма (LLRC – length/longitudinal redundancy checkword). На рисунке 2.28 показана схема передачи данных в рамках протокола HIPPI. На каждое соединение может быть передано любое число пакетов, пакет в свою очередь может содержать любое число блоков. Время между пакетами не регламентировано и может меняться, оно зависит от потока данных и протокола верхнего уровня.

 

 

Рисунок 2.28 – Структура передаваемой информации (каждое слово содержит 32 или 64 бита)

 

Каждый пакет содержит в конце субполе контроля четности. Все сигналы, кроме соединения (interconnect), используют приемники и передатчики эмиттерно-связанной логики (ECL). Формат I-поля показан на рисунке 2.29.

 

 

Рисунок 2.29 – Формат i-поля пакета HIPPI

 

Поле L=1 – локально заданный формат;

W=1 – указывает на 64-битное соединение; 

D=1 отмечает смену положения адресов отправителя и получателя; PS – биты выбора пути (path selection);

С – задержка вызова при занятой линии (camp-on; переключатель не разрывает соединения при занятом получателе, а ждет его освобождения).

12-битовые адреса отправителя и получателя часто делятся на 6-битовые секции, определяющие адрес переключателя и номер порта. HIPPI-IPI (intelligent peripheral interface) представляет собой быстродействующий интерфейс периферийных устройств, выполняющий команды SCSI. Расширение HIPPI-LE (link encapsulation) обеспечивает поддержку IEEE 802.2. При расстояниях до 25 метров используется кабель, содержащий 50 скрученных пар. Такты часов следуют с периодом 40 нсек. В сетях HIPPI предусмотрен транзит пакетов формата TCP/IP. Блок-схема канала HIPPI показана на рисунке 2.30.

 

 

Рисунок 2.30 – Блок-схема канала HIPPI

 

Существуют документы, регламентирующие работу системы передачи информации HIPPI для основных уровней интерфейса, начиная с физического. Предусмотрена работа HIPPI с протоколами TCP/IP. Смотри также «ARP and IP Broadcast over HIPPI-800». J.-M. Pittet. May 2000, RFC-2834, «IP and ARP over HIPPI-6400 (GSN)», J.-M. Pittet. May 2000, RFC-2835.

 

Список литературы

 

1        Архитектура компьютерных систем и сетей / Т. П. Барановская, В. И. Лойко, М. И. Семенов, А. И. Трубилин. – М.: Финансы и статистика, 2003.

2        Бройдо, В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации / В. Л. Бройдо.  – СПб. : Питер, 2002. – 688 с.

3        Галкин В.А., Григорьев Ю.А. Телекоммуникации и сети. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. - 607 с.

4        Гордиенко А.П. Процессы диалога. Известия ОрёлГТУ. Серия «Информационные системы и технологии».– 2005.– № 2(8). – С. 50-61.

5        Гук, М. Аппаратные средства IBM PC / М. Гук.– СПб. : Питер, 2003. – 928 с.

6        Гук, М. Аппаратные средства локальных сетей / М.Гук.  – СПб. : Питер, 2004. – 573 с.

7        Иванов В. Компьютерные коммуникации / В. Иванов.  – СПб. : Питер, 2002. – 224 с.

8        Иртегов, Д.В. Введение в сетевые технологии / Д. В. Иртегов.  – СПб. : БХВ-Петербург, 2004. – 560 с.

9        Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. / В.Г.Олифер, Н.А.Олифер. – СПб.: Издательство «Питер», 1999. – 672 с.

10   Кулаков Ю.А.,Луцкий Г.М. Компьютерные сети. – К.:Юниор, 1998.-384 с.

11   Кульгин, М. В. Компьютерные сети. Практика построения / М. В. Кульгин. – СПб.: Питер, 2003. – 462 с.

12   Максимов, Н. В. Компьютерные сети / Н. В. Максимов, И. И. Попов.  – М.: ФОРУМ – ИНФРА-М, 2003. – 336 с.

13    Мельников Д.А. Информационные процессы в компьютерных сетях. Протоколы, стандарты, интерфейсы, модели… – М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 1999. – 256 с.

14   Мур, М. и др. Телекоммуникации / М. Мур, Т.Притски, К.Риггс, П.Сауфвик. – СПб. : БХВ, 2003. – 624 с.

15   Стен Шатт. «Мир компьютерных сетей».

16   Олифер В.Г., Олифер Н.А.  Компьютерные сети Принципы, технологии, протоколы.  – СПб.: Питер,2001.-672 с.

17   Полак-Брагинский А.В. Сеть своими руками. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003.- 320 с.

18   www.netwizard.ru. – Система автоматизированного проектирования компьютерных сетей.

 

Содержание

 

Введение  3

1 Понятие телекоммуникационных систем  5

1.1 Телекоммуникации и телекоммуникационные системы   5

1.1.1 Компоненты и функции телекоммуникационной системы   5

1.1.2 Типы сигналов: аналоговые и цифровые. Модемы   7

1.1.3 Типы каналов связи  8

1.1.3.1 Характеристики коммуникационных каналов                                        11

1.1.4 Сетевое оборудование                                                                                  13

1.2 Типы телекоммуникационных сетей                                                             15

1.2.1 Локальные сети                                                                                             15

1.2.1.1 Виды локальных сетей  15

1.2.1.2 Топологии локальных сетей  19

1.2.2 Глобальные сети  19

2 Интерфейсы телекоммуникационных систем  23

2.1 Основные интерфейсы в ТКС   23

2.2 Последовательные интерфейсы   25

2.2.1 Интерфейс RS-232C   26

2.2.2 Электрический интерфейс  27

2.2.3 Ресурсы СОМ-портов  30

2.2.3.1 Конфигурирование СОМ-портов  31

2.2.3.2 Использование СОМ-портов  32

2.3 Интерфейсы беспроводной локальной сети  33

2.4 Сетевые интерфейсы TCP/IP  39

2.4.1 Протокол SLIP  40

2.4.2 Интерфейс FDDI 41

2.4.2.1 Физический подуровень PMD (Physical Media Dependent layer) 42

2.4.2.2 Физический подуровень PHY   46

2.4.3 Интерфейсы ATM   53

2.4.2.3 B-ICI 55

2.4.2.4 PNNI 57

2.4.2.5 Интерфейс DXI 64

2.4.2.6 Интерфейс F-UNI 65

2.4.2.7 Интерфейс NNI 65

2.4.3 Двухточечный протокол (PPP) 65

2.4.4 Параллельный сетевой интерфейс HIPPI 71

Список литературы   74