4. Цифровые сети с интеграцией служб (мультисервисные сети)

Идея создания цифровых сетей с интеграцией служб (услуг) – ЦСИС относится к середине 70-х годов, когда начались разработки технических решений по переводу телефонных сетей на интегрированные (речь + передача цифровых данных).

В чем состояла идея интеграции?

Ранее существовало несколько различных сетей (служб): телефония, телеграфия, факс, передача компьютерных данных. Поэтому идея заключается в объединении этих служб в единую сеть с гарантированной цифровой передачей по выделенному каналу. Это обеспечивало бы высокое качество передачи информации и экономичность. Необходимо отметить, что на начальном этапе интеграции не предусматривалось объединение служб передачи видеоинформации, радиовещания и телевидения. Эти службы развивались самостоятельно и независимо. Однако существенные изменения в элементной базе (микроэлектронных и оптических компонентов) позволили к середине 90-х годов утвердить возможности интеграции широкополосных услуг в единую цифровую сеть. Таким образом, стало реальным осуществление интеграции как узкополосных услуг с коммутацией каналов (N-ISDN-Narrowband Integrated Services Digital Network) так и широкополосных с коммутацией, но только виртуальных каналов на базе ATM, (B-ISDH-Broadband ISDN) в единые сети.

4.1. Узкополосная цифровая сеть с интеграцией услуг (N-ISDN)

Для описания различных сторон ISDN используется определение эталонной конфигурации, введенное ITU-T в рекомендациях серии I.xxx. Эталонная конфигурация содержит два условных элемента [1]: функциональная группа и эталонная точка.

Функциональная группа представляет собой набор функциональных возможностей, необходимых на интерфейсе пользователя. Функциональные возможности реализуются разными частями оборудования и программными средствами.

К функциональной группе относятся (рисунок 4.1):

TA, Terminal Adaptor – терминальный адаптер, который отвечает за операции не относящиеся к ISDN, с одной стороны, и за операции ISDN с другой стороны; TE1, Terminal Equipment 1 – терминальное окончание 1 (оборудование) абонента, которое работает по правилам (протоколам) ISDN и подключается к сети ISDN через витую пару проводов четырех проводного цифрового канала;
TE2, Terminal Equipment 2 – терминальное окончание 2 (оборудование) абонента – это оборудование, которое работает по протоколам, не совместимым с ISDN (персональные компьютеры, аналоговые телефонные аппараты и т.д.);

Рисунок 4.1. Топология цифровой сети с интеграцией услуг (служб) - ISDN-ЦСИС

Рисунок 4.1. Топология цифровой сети с интеграцией услуг (служб) - ISDN-ЦСИС

NT1, Network Terminal 1 – сетевой терминал 1 – это оборудование, соединяющее 4-х проводную линию абонента с обычным (телефонным) двухпроводным локальным шлейфом и способное адресовать до восьми устройств пользователей; NT1 отвечает за такие функции физического уровня, как синхронизация, тактирование передаваемых сигналов, мультиплексирование каналов B (64 кбит/с) и D (16 и 64 кбит/с), линейное кодирование, электропитание, управление;

NT2, Network Terminal 2 – сетевой терминал 2 – это оборудование, которое отвечает за реализацию функций протоколов пакетной передачи данных, коммутации и обслуживания; примерами устройств NT2 могут служить учрежденческие АТС (PBX, Private Branch Exchange), локальные вычислительные сети и т.д.; NT2 способно выполнить функции концентратора благодаря мультиплексированию 3OB+D каналов в общий поток 2,048 Мбит/с; NT1+NT2 могут составлять одно устройство, которое выполняет физические и протокольные функции.

Необходимо отметить, что оборудование TE отвечает за связь с пользователем, а оборудование NT за связь с сетью.

Эталонная точка обозначает интерфейс между различными устройствами функциональной группы.

Эталонная точка U является точкой физического интерфейса, в которой проводка от местного поставщика услуг сети вводится в здание по месту жительства или работы. Эта точка ограничивает двухпроводную сторону оборудования NT1, т.е. отделяет NT1 от оборудования линейного окончания, которое может находиться на местном узле связи, LT/ ET/ Line Termination/ Exchange Termination/. В точке U интерфейс определяется национальным стандартом. Например, для России по определению: для базового доступа (2B+D) должна быть двухпроводная линия длиной до 8 км с передачей в две стороны одновременно и компенсацией эха; должен применяться код 2B1Q (рисунок 4.2) и т.д.[1,4].

Эталонная точка S в реализации представляет собой 4-х проводной интерфейс “пользователь-сеть”, через который терминалы пользователя стандартным образом взаимодействуют с ЦСИС.

Рисунок 4.2. Линейное кодирование 2B1Q

Рисунок 4.2. Линейное кодирование 2B1Q

Согласно рекомендации ITU-T I.430 интерфейс S представляет собой шину, которая может быть выполнена в нескольких вариантах:

  • от точки к точке;
  • короткая пассивная шина (до 8 терминалов, произвольно расположенных на длине не более 200м);
  • расширенная пассивная шина (до 8 терминалов, сгруппированных на ее удаленном от NT конце и разнесенных друг от друга на
    расстояние до 50м при длине шины не более 1000м);
  • звезда (до 8 терминалов при длине шины каждого не более 1000 метров с длинами шин, отличающимися не более чем на 50м).

В шине S/T определен формат передаваемых данных. Формат представляет собой цикловую структуру, передаваемую и принимаемую по разным парам проводов шины S. Характеристики цикла шины S:

  • число бит 48;
  • число циклов 4000 циклов/с;
  • линейная скорость 4000*48=192 кбит/с;
  • число пользовательских бит 36;
  • скорость пользовательской информации 4000 36=144 кбит/с;
  • структура цикла (рисунок 4.3).

от терминала в сеть
a) от терминала в сеть

от сети к терминалу
b) от сети к терминалу

F – биты цикловой синхронизации;
L – биты балансировки канала D;
A – биты активации;
E – биты эхо-канала;
S – свободные биты;
B1,B2 – биты каналов информации (64 кбит/с);
D – биты каналов управления D-каналов (сигнализации) (16 кбит/с).

Рисунок 4.3. Структура цикла передачи интерфейса S/T

Особенностью интерфейса S является наличие строгой процедуры активации/деактивации, в которой используются пять стандартных сигналов:

INFO 0 – индикация отсутствия работающих устройств в канале перед
активацией интерфейса;
INFO 1 – активация со стороны TE;
INFO 2 – ответ NT на активацию TE, обеспечивает синхронизм TE для
цикловой передачи;
INFO 3 – генерирует TE в ответ на синхронизацию от NT;
INFO 4 – генерирует NT в ответ TE на INFO 3.

Необходимо заметить, что через шину S осуществляется электропитание терминалов в TE.

Эталонная точка T также обозначает интерфейс между TE1 и NT, но указывает протокольную организацию (канального и сетевого уровня), поэтому часто обозначают S/T как единое.

Эталонная точка R обозначает интерфейс между терминальным адаптером и TE2 и, как правило, этот интерфейс определяется конкретным поставщиком оборудования, например, интерфейс
EIA-232-D.

4.2. Каналы узкополосной ЦСИС

Стандартизировано шесть типов каналов для N-ISDN, которые обозначены буквенными индексами: A, B, C, D, H. Каналы различаются скоростями передачи и типами передаваемых сигналов. Например, B – цифровой канал для передачи сигналов на скорости 64 кбит/с; D – цифровой канал для передачи управляющих сигналов вне основной полосы частот (абонентская сигнализация DSS-1) на скорости 16 или 64 кбит/с с целью установления, управления и сброса соединений каналов B. Комбинации каналов B и D предусмотрены в различных интерфейсах N-ISDN. Каналы (2B+D) называются интерфейсом основной (базовой) скорости – BRI (Basic Rate Interface). Один базовый интерфейс может использоваться несколькими TE1 (до 8). Каналы (30B+D) называются интерфейсом первичной скорости – PRI (Primary Rate Interface). Базовому и первичному интерфейсам соответствуют скорости передачи данных 2B+D=2 =144кбит/с, 30B+D=30 1920+64=1984кбит/с плюс 64кбит/с на цикловой синхронизм, что дает 2,048Мбит/с. Кроме того, широкое распространение получили каналы типа HO на скорости передачи данных 6B=6 кбит/с.

Информацию о каналах типа A и C можно получить в [4].

4.3. Услуги узкополосной ЦСИС и условия их функционирования

Сеть N-ISDN предлагает пользователю большой комплекс услуг связи, получивший название основных услуг, которые подразделяются:

- услуги передачи информации + аудио 3,1 кГц; речевые; цифровой информации без ограничений; пакетной передачи;
- услуги телесервиса + телефакс 2/3 группа; ISDN телефония 3,1 кГц; ISDN телефония 7 кГц; телефакс 4 группы; телетекс 64 кбит/с; видеотекс; видеотелефония.

Дополнительные услуги сети N-ISDN:

- подадресация абонентского доступа;
- предоставление информации о стоимости вызова;
- переадресация вызовов;
- прямой набор номера;
- определение номера вызывающего абонента;
- запрет идентификации номера вызывающего абонента;
- конференц-связь.

Предварительные условия для реализации услуг в сети N-ISDN заключаются в следующем (рисунок 4.4):

- наличие цифровых трактов;
- наличие станций с услугами ISDN;
- наличие системы сигнализации по общему каналу (ОКС) №7 между станциями;
- наличие абонентской сигнальной системы DSS 1 (Digital Subscriber Signaling);
- наличие интерфейсов базового и первичного доступов.

Рисунок 4.4. Условия функционирования ISDN

Рисунок 4.4. Условия функционирования ISDN

В сети N-ISDN применяются следующие обозначения базового и первичных интерфейсов (рисунок 4.5).

Базовый доступ

а) Базовый доступ

Первичный доступ

б) Первичный доступ

Рисунок 4.5. Примеры обозначения базового и первичного доступов ISDN

4.4. Протокольная структура N-ISDN

Основой протокольной структуры N-ISDN является семиуровневая модель открытых систем (ISO/OSI model – International Standards Organization / Open System Interconnection – Международная организация по стандартизации / взаимодействие открытых систем) [3,7]. Архитектура N-ISDN разбита на уровни в виде ISO/OSI, хотя функции многих протоколов ISDN отличаются от функций протоколов соответствующих уровней OSI.

Для ISDN стандартизированы три нижних уровня ISO (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6. Архитектура профиля протоколов и стандартов ISDN

Рисунок 4.6. Архитектура профиля протоколов и стандартов ISDN

Соответствующая протокольным уровням структура сети ISDN приведена на рисунке 4.7.

Физический уровень архитектуры ISDN определяет физический интерфейс между оборудованием абонента и сетью общего пользования. Это интерфейсы PRI, BRI, определенные стандартами ITU-T I.430, I.431.

Рисунок 4.7. Структура сети ISDN

Рисунок 4.7. Структура сети ISDN

Канальный уровень представлен протоколом LAPD (Link Access Procedure for the D-channel – процедура доступа к звену (линии) для канала D), стандартизированного в рекомендациях ITU-T Q.921 и обеспечивающего взаимодействие устройств по каналу D. Это может быть сигнальное или информационное взаимодействие. Протокол LAPD обеспечивает коррекцию ошибок и повторную передачу между оконечным оборудованием. Он не зависит от битовой скорости передачи и требует дуплексного синхронного канала. Формат данных (кадра LAPD) представлен на рисунке 4.8. Формат имеет байтовую организацию и представлен флагами в начале и конце, полем адреса, полем управления, контрольной проверочной группой (FCS) и информацией третьего уровня.

Рисунок 4.8. Формат данных LAPD с полем адреса

Рисунок 4.8. Формат данных LAPD с полем адреса

Обозначения:

C/R, Command/Response – бит команды/ответа;
EA, Extension Address – бит расширения поля адреса;
FCS, Frame Check Sequence – контрольная последовательность кадра;
SAPT, Service Access Point Identifier – идентификатор точки доступа к услугам;
TEI, Terminal Endpoint Identifier – идентификатор оконечной точки терминала.

Структура адресного поля подробно представлена в таблице 4.1.

Поле управления может содержать один или два байта информации, которыми отличаются информационные циклы, контрольные циклы и ненумерованные циклы (рисунок 4.9).

Рисунок 4.9. Формат данных LAPD с полем управления

Рисунок 4.9. Формат данных LAPD с полем управления

Информационные циклы управления используются для передачи сигнальной информации сетевого уровня. Они обеспечивают сигнальный обмен между абонентским терминалом и сетью и от TE до TE (из конца в конец).

Контрольные циклы управления используются для выполнения таких функций, как подтверждение приема информационных циклов и управление трафиковыми потоками.

Ненумерованные циклы управления используются для передачи информации и дополнительных функций управления канального уровня. Они обеспечивают начало и окончание процесса предоставления услуги по заданному каналу.

Структура поля управления и основные сообщения по циклам приведены в таблицах 4.2 и 4.3 соответственно.

Таблица 4.1. Структура адресного поля LAPD

Таблица 4.1. Структура адресного поля LAPD

Таблица 4.2. Структура поля управления LAPD

P (Poll/Final bit) - бит опроса/завершения В циклах управления бит P используется как запрос на ответ приемного устройства. Принимаемый терминал должен ответить на запрос. В цикле ответа бит F используется для индикации ответа на запрос
N(S) (Send Sequence Number) - передача номера
При передаче каждому информационному циклу присваивается номер от 0 до 127 в порядке передачи
N(R) (Receive Sequence Number) - передача номера Номер следующего ожидаемого цикла. Служит подтверждением, что предыдущий информационный цикл принят нормально
S (Supervisory bit) - контрольный бит Определяет тип цикла как контрольный
M (Modifier bit) - модификационный бит Определяет тип цикла как ненумерованный

Таблица 4.3. Основные сообщения по циклам в поле управления LAPD

Таблица 4.3. Основные сообщения по циклам в поле управления LAPD

Примечания:

I (INFO) Information Информационный бит
RR Receiver Ready Приемник готов к приему информации
RNR Receive Not Ready Приемник не готов к приему информации
REJ Reject Отбой (отмена)
SABME Set Asynchronous Установка расширенного Balance Mode Extended асинхронного сбалансированного режима
DM Disconnect Mode Режим разрушения соединения
DISC Disconnect Разрушение соединения
UI Unnumbered Ненумерованная информация Acknowledge
FRMR Frame Reject Сброс цикла
XID Exchange Identification Идентификация
АТС/коммутатора

Сетевой уровень, стандартизированный ITU-T в рекомендации Q.931, обеспечивает управление соединениями по каналу D. Структура цикла LAPD с информационным полем сетевого уровня представлена на рисунке 4.10.

В состав этого поля входят:

  • дискриминатор протокола, идентифицирующий протокол сетевого уровня по Q.931;
  • номер вызова CRV (Call Reference Value) для идентификации любого вызова интерфейсом пользователь/сеть;
  • тип сообщения определяет характер информации; существует четыре класса сообщений: установление соединения; передача информации; разрушение и разные сообщения;
  • обязательные и дополнительные информационные элементы определяются типом сообщения.

Рисунок 4.10. Формат данных LAPD с информационным полем

Рисунок 4.10. Формат данных LAPD с информационным полем

Примеры главных типов сообщений и типов сообщений сетевого уровня приведены в таблицах 4.4 и 4.5 соответственно.

Таблица 4.4. Главные типы сообщений сетевого уровня

SETUP Используется для инициализации процесса установления соединения. Может посылаться в сеть или приниматься из сети. В случае приема из сети имеет адрес TEI=127, т.е. на вызов может ответить любой TE
CONNECT Посылается вызывающей стороне как подтверждение, что вызов принят
CONNECT
ACKNOWLEDGE
Посылается сетью вызывающему терминалу как подтверждение установления соединения, после этого сообщения начинается передача информации пользователя через каналы B
DISCONNECT Посылается любой стороной как запрос на прерывание соединения
RELEASE Посылается как ответ на запрос DISCONNECT. В этот момент освобождаются каналы B, очищается поле CRV
RELEASE
COMPLETE
Посылается как подтверждение получения сообщения RELEASE, освобождения каналов B и очищения поля CRV

Таблица 4.5. Типы сообщений сетевого уровня

Таблица 4.5. Типы сообщений сетевого уровня

Обозначения в таблице 4.5:

1 – сообщения на установление соединения
2 – сообщения информационного обмена
3 – сообщения разрушения соединения

4.5. Системы сигнализации в ISDN

В ISDN применяется абонентская (DSS1) и межстанционная (ОКС 7 или SS7). Эти два вида сигнализации появились одновременно как результаты работы исследовательских комиссий ITU-T. Это наложило отпечаток на терминологию сигнальных систем, например, информационные блоки сообщений в D канале DSS1, называемые кадрами, аналогичны сигнальным единицам (SU) в системе ОКС 7.

ОКС 7 характеризуется следующими основными понятиями:

SP, Signaling Point – пункт сигнализации, т.е. узел сети сигнализации, в котором реализованы части пользователей ОКС 7;
SL, Signaling Link – средство передачи сигнальных единиц между двумя пунктами сигнализации;
STR, Signaling Transfer Point – узел сети сигнализации (транзитный пункт сигнализации) без функций частей пользователей, осуществляющий только функции части передачи сообщений ОКС 7;
Associated Mode, Quasi-Associated Mode – режимы сети сигнализации: связанный и квазисвязанный (рисунок 4.11);

Рисунок 4.11. Режимы сети ОКС 7

Рисунок 4.11. Режимы сети ОКС 7

MTP, Message Transfer Part – часть передачи сообщений; являющаяся транспортной подсистемой ОКС 7, предназначенной для надежной передачи сигнальных сообщений в правильной последовательности и без ошибок;

UP, User Parts – части пользователей, т.е. функциональные блоки ОКС 7, где генерируются и обрабатываются сигнальные сообщения, например, TUP (Telephone User Part), ISUP (ISDN User Part), MAP (Mobile Application Part).

В процессе установления/разъединения телефонного канала происходит обмен сигнальными сообщениями между двумя пунктами сигнализации (рисунок 4.12):

IAM, Initial Address Message – содержит номерную информацию о вызываемом абоненте;
SAM, Subsequent Address Message – содержит дополнительную информацию и передается в случае необходимости;
ACM, Address Complete Message – содержит информацию о статусе вызываемого абонента (занят/свободен);
ANC, Answer Charge – определение момента начала начисления оплаты;
CLF, Clear Forward – сообщение в прямом направлении о завершении вызова;
RLG, Release Guard – подтверждение завершения вызова в обратном направлении, разъединение соединения.

Рисунок 4.12. Сигнальные сообщения ОКС 7 для телефонии

Рисунок 4.12. Сигнальные сообщения ОКС 7 для телефонии

Формат сигнальных сообщений ОКС 7 представляется сигнальной единицей, в составе которой передаются сигнальные сообщения, называемые значащей сигнальной единицей MSU, Message Signal Unit.

Эта единица включает ряд полей (рисунок 4.13):

Signaling Information Field, SIF – включает сигнальную информацию части пользователя и метку маршрутизации, которая применяется в части передачи сообщений МТР; Service Information Octet, SIO – указывает на принадлежность сигнальной информации конкретной части пользователя; Length Indicator, LI – содержит значение числа байт между полями LI и CK; Check Bits, CK – проверочные байты для обнаружения ошибок передачи; Error Correction, EC – состоит из 4-х полей, предназначенных для повторных передач пакетов при обнаружении ошибок; Flag, F – обозначает начало и конец сигнальной единицы.

Рисунок 4.13. Формат значащей сигнальной единицы

Рисунок 4.13. Формат значащей сигнальной единицы

Принципы функционирования ОКС 7 заключаются в передаче всех линейных и управляющих сигналов, необходимых для действия множества речевых и других каналов, по одному каналу передачи данных. При этом все сигналы взаимодействия собираются в пакеты – сигнальные единицы и снабжаются заголовками, устанавливающего принадлежность каждого из сигналов определенному каналу. ОКС 7 ориентирована на использование каналов передачи 64 кбит/с.

Сигнальные каналы, или так называемые звенья, и пункты сигнализации (т.е. коммутаторы, использующие ОКС 7, базы данных и т.д.) образуют сеть сигнализации.

Функциональную структуру ОКС 7 можно сопоставить с моделью ISO/OSI:

- уровням 1-3 соответствует подсистема передачи сообщений МТР;
- уровням 4-7 соответствуют подсистемы пользователей:
TUP, Telephone User Part; ISUP, Integrated Service User Part;
SCCP, Signaling Connection Control и т.д.

Сигнальная система DSS-1 в своей сущности уже рассмотрена в предыдущем разделе. Подробную информацию по ОКС 7 и DSS-1 можно получить из [4].

Адреса ISDN задаются по рекомендации ITU-T E.164. Каждый адрес состоит из двух элементов:

  • номера ISDN;
  • субадреса ISDN.

Первая часть адреса ISDN соответствует номеру (до 15 цифр, без доступа к национальной или международной сети). Это на три цифры больше, чем в обычной телефонной сети. Номер ISDN содержит код страны (у России 007), код местной сети (в Новосибирске 383-2), номер абонента.

Вторая часть адреса ISDN – субадрес, используется для дальнейшей адресации после того, как было установлено соединение с конечным устройством. Субадрес может содержать до 32 десятичных цифр. Требование субадреса определяется технологией соединения абонентов.

4.6. Примеры использования N-ISDN

На рисунке 4.14 приведен пример подключения к N-ISDN различных пользовательских устройств (персонального компьютера, факса, телефона) через сетевые окончания NT1, NT2 и 2-х проводной интерфейс U.

Рисунок 4.14. Подключение различных устройств к терминальному адаптеру Motorola BitSURFR Pro.

Рисунок 4.14. Подключение различных устройств к терминальному адаптеру Motorola BitSURFR Pro.

Сеть ISDN подходит для объединения локальных вычислительных сетей (ЛВС). Для этого отдельные элементы вычислительной сети должны подключаться к ISDN через мосты / маршрутизаторы, которые формируют трафик обмена между сегментами (рисунок 4.15).

Рисунок 4.15. Объединение локальных вычислительных сетей

Рисунок 4.15. Объединение локальных вычислительных сетей

Для подключения группы удаленных абонентов к сети N-ISDN могут использоваться мультиплексоры, например гибкие плезиохронные мультиплексоры PDH, которые оснащаются соответствующими интерфейсными окончаниями [ISDN S0 , Uk0 , Up0 (384 кбит/с) и т.д.]. Пример использования мультиплексора в сети ISDN приведен на рисунке 4.16.

Рисунок 4.16. Пример использования мультиплексора в ISDN

Рисунок 4.16. Пример использования мультиплексора в ISDN

В рассмотренном примере указан еще один интерфейс ISDN – интерфейс АТС. В качестве этого интерфейса применяют стандартное решение V5.1, V5.2 и другие, рассмотренные подробнее в разделе 3 “Сети доступа”.

4.7. Широкополосная цифровая сеть с интеграцией услуг (служб)

Увеличение объемов передаваемой информации и появление широкополосных каналов создали предпосылки развития широкополосных цифровых сетей с интеграцией услуг (служб) – Ш-ЦСИС (B-ISDN). Широкополосные хорошо защищенные от помех каналы созданы благодаря волоконной оптике. При этом скорость передачи информации пользователей может достигать десятков Тбит/с. Такие скоростные режимы гарантируют высокое качество переноса информации различных услуг (телевидения, видео по запросу, мультимедийные сообщения и т.д.).

В качестве основного метода Ш-ЦСИС используется асинхронный режим передачи ATM (Asynchronous Transfer Mode), который имеет две самостоятельных функции:

  • решения для организации Ш-ЦСИС;
  • объединения различных сетей (т.е. использование в качестве транспортной среды).

Все принципы построения Broadband-ISDN (B-ISDN) определены рекомендациями ITU-T и ATM Форума. При этом признано, что необходимо сохранить ряд основных принципов N-ISDN для B-ISDN. Сохранились функциональные группы сетевого назначения TE1, TE2, NT1, NT2 и TA и эталонные точки R, S, T. Только в структуре обозначений добавилась первая буква B для указания широкополосной спецификации.

Эталонная модель B-ISDN основана на модели ISO/OSI, модели сети ATM и на стандартах N-ISDN.

Четырехуровневая, трехплоскостная модель B-ISDN представлена на рисунке 4.17. Модель соответствует рекомендации ITU-T I.121.

Плоскость управления (С) предназначена для установления, освобождения сетевых соединений и управления ими. При использовании постоянных виртуальных каналов (PVCs) эта плоскость не применяется.

Плоскость пользователя (U) обеспечивает передачу информации пользователя, управление потоком трафика (нагрузки) и выполнение операций по восстановлению после ошибок. В этой плоскости могут применяться протоколы ITU-T, ISO, IEEE и другие [1].

Плоскость администрирования (М) выполняет две функции: управление другими плоскостями и управление уровнями. Эта плоскость может содержать протокол интерфейса локального административного управления, LMI (Local Management Interface), простой протокол управления сетью, SNMP (Simple Network Management Protocol), протокол информации управления общий, CMIP (Common Management Information Protocol). К плоскости (М) относится также интерфейс ILMI (Interim Local Management Interface), предложенный ATM Форумом.

Рисунок 4.17. Модель протоколов B-ISDN на основе АТМ

Рисунок 4.17. Модель протоколов B-ISDN на основе АТМ

Стандарт исходит из того, что каждое устройство ATM поддерживает как минимум один UNI и для каждого UNI имеет элемент административного управления – UME (UNI Management Entity). Элементы UME обмениваются между собой информацией административного управления. Для ILMI зарезервирован виртуальный канал с VPI=0 и VCI=16. Информация ILMI содержит данные о состоянии и конфигурации всех UNI. Эта информация организована в виде информации базы данных MIB (Management Information Base) и содержит данные физического уровня, данные уровня ATM, статистику уровня ATM, данные по VPI/VCI, адресную информацию.

Общий расклад функций для уровней AAL, ATM и физического приведен в таблице 4.6.

Таблица 4.6. Функции уровней протокольной модели ATM

Уровни Подуровни Функции

AAL
Слияния
(CS)
Формирование блоков и восстановление потока данных
Сегментации
и реагрегиро-
вания (SAR)
Формирование сегментов и восстановление (реагрегирование) блоков
ATM   Управление потоком ячеек (GFC). Генерация и извлечение заголовков. Трансляция ячеек согласно VPI. Трансляция ячеек согласно VCI. Контроль скорости информации по каналу. Мультиплексирование и демультиплексирование ячеек. Проверка правильности заполнения заголовков.
Физический Слияния
передачи
(TC)
Генерация и восстановление циклов (кадров) передачи
Физической
среды
(РМ)
Передача по физической среде (оптическое волокно, металлическая цепь, радиоканал, атмосферная оптика)

В таблице приведены сокращения:

AAL (ATM Adaptation Layer) – уровень адаптации ATM;
PHY (Physical Layer Protocol) – протокол физического уровня;
CS (Convergence Sublayer) – подуровень слияния (конвергенции);
SAR (Segmentation and Reassambly Sublayer) – подуровень сегментации и реагрегирования;
TC (Transmission Convergence) – слияние передачи;
PM (Physical Medium) – физическая среда.

4.8. Физический уровень

Этот уровень делится на два подуровня: подуровень физической среды и подуровень слияния передачи.

Функции подуровня физической среды заключаются в следующем: генерация битов; передача и прием битов; линейное кодирование; преобразование электрических сигналов в оптические или радиосигналы и наоборот.

Функции подуровня слияния передачи заключены в следующем: генерация цикла (кадра) передачи (например, SDH, PDH или потока ячеек АТМ в физической среде); ввод ячеек в цикл передачи; распознавание ячеек (информационных, служебных, с ошибками); распознавание и исправление одиночных битовых ошибок в заголовке ячейки; распознавание множественных ошибок в заголовке ячейки; адаптация скорости передачи ячеек к стандарту (например, 155 Мбит/с или 622 Мбит/с) с помощью вставки пустых ячеек.

Физический уровень передает ячейки уровню АТМ и принимает ячейки от уровня АТМ. Для синхронизации между передатчиком и приемником на физическом уровне используется пятый байт заголовка ячейки НЕС, который еще и обеспечивает контроль ошибок в заголовке и исправление одиночных ошибок. Общее функциональное описание физического уровня сведено в таблицу 4.7

Таблица 4.7. Функции физического уровня

Физический
уровень
Подуровень
слияния
передачи
Согласование скорости ячеек. Генерация и проверка последовательности HEC. Обозначение ячейки и распознание.
Адаптация к циклу передачи.
Синхронизация приемника.
Формирование и ликвидация цикла передачи.
Функции SDH, PDH и другие
Подуровень
физической
среды
Генерация и регенерация битов передачи, кодирование и декодиро-вание. Функции SDH, PDH и другие
Преобразование электрических сигналов в оптические и другие и наоборот. Физическая среда: оптическое волокно, медные про-вода, радиоканал.

Физический уровень может быть реализован технологиями SDH, PDH, собственной передачей ячеек с выравниванием битового потока путем вставки пустых ячеек и другими способами.

4.9. Уровень АТМ

На уровне АТМ реализуются функции передачи ячеек и коммутации ячеек с помощью кроссов и коммутаторов АТМ. Характерная особенность функций этого уровня - независимость от функций физической среды. Уровень АТМ в отличие от других уровней имеет простые (прозрачные) состояния функций: коммутация ячеек; генерация и извлечение заголовков; контроль скорости передачи информации по каналам; мультиплексирование ячеек и демультиплексирование; контроль правильности заполнения заголовков; управление потоком ячеек на интерфейсе UNI (GFC).

Управление потоком ячеек (GFC) на интерфейсе UNI необходимо для устранения перегрузок коммутаторов сети. Генерация, извлечение и контроль заголовков необходимы при перемене маршрутизации ячеек в коммутаторах (VPI и VCI), а также для приема ячеек из физического уровня и передачи их на уровень адаптации.

Мультиплексирование и демультиплексирование ячеек необходимо для организации непрерывного потока ячеек в физической среде. Составной поток ячеек различных пользователей и услуг это нормальный непрерывный поток ячеек. На приемной стороне непрерывный поток демультиплексируется (разделяется) на индивидуальные ячейки по назначенным адресам (VP и VC). Трансляции ячеек обусловлены процедурами коммутации, которые рассмотрены в отдельной части пособия.

Необходимо отметить, что на физическом уровне и уровне АТМ функционируют не только ячейки для переноса трафика пользователей (т.е. оказания услуг), но и ряд специальных ячеек, которые реализуют служебные и вспомогательные функции:

  • пустые ячейки необходимы для передачи по линии (физический уровень) непрерывного потока, вводятся и извлекаются на физическом уровне;
  • неправильные ячейки (с ошибками), ячейки с ошибками, которые не удалось исправить, отбрасываются;
  • назначенные (выделенные) ячейки для определения каналов, например для прокладки маршрутов соединения;
  • неназначенные (невыделенные) ячейки не принадлежат никакому каналу.

Они используются, если разные уровни АТМ используют один и тот же физический уровень, при этом физический уровень выполняет мульти-плексирование ячеек уровней АТМ и добавляет, если необходимо, пустые ячейки.
Уровни АТМ и физический в совокупности рассматриваются как транспортная среда для любого вида информации с определенным качеством переноса. В этой совокупности рассматриваются функции коммутации, мультиплексирования (подчеркнем, статистического мультиплексирования) и передачи с контролем ошибок.

4.10. Уровень AAL

Уровень AAL действует как интерфейс с вышерасположенными уровнями и адаптирован к требованиям различных применений. Он поддерживает различные приложения и различные типы трафика: речевой, видео и данных.

AAL исполняет ключевую роль в способности сети АТМ поддерживать операции многих приложений. Он изолирует уровень АТМ от множества операций, необходимых для поддержки различных типов графика.

Все три плоскости (М, U, С) верхнего уровня имеют свои спецификации в AAL.

В плоскости U уровень AAL подразделяется на два подуровня:

  • подуровень сходимости CS (Convergence Sublayer), функции которого зависят от выполняемой прикладной программы;
  • подуровень сегментации и сборки SAR (Segmentation and Reas-sembly), осуществляющий сегментирование данных пользователя в ячейки при передаче и сборке сообщений на приемной стороне.

Поскольку AAL зависит от типов предоставляемых услуг, то это определяет разные типы AAL, которых насчитывается пять, и число каждой услуги составляет пять:

AAL1 или первый тип с постоянной скоростью передачи битов (или эмуляцией канала);
AAL2 или второй тип с переменной скоростью передачи битов видео- и аудиоинформации;
AAL3 или третий тип с ориентацией на соединение при передаче данных;
AAL4 или четвертый тип без ориентации на установление соединения при передаче данных;
AAL5 или пятый тип для высокоскоростной передачи данных компью-терных сетей на основе протоколов TCP/IP.

Классификация адаптационных уровней и категорий предоставляемых услуг сетью АТМ приведены в таблице 4.8.

Каждому типу AAL соответствует ряд функций, которые поделены между подуровнями конвергенции (CS) и сегментации (SAR).

В зависимости от классов передаваемого трафика, которые опреде-ляются в таблице 4.8, в типах AAL 3/4 и 5 подуровень CS разделяется на два подуровня, которые еще не полностью стандартизированы ITU-T:

  • общую часть CPCS (Common Part of Convergence Sublayer);
  • специфическую часть SSCS (Service Specific CS).

Как следует из названия этих подуровней, часть SSCS выполняет специфичные для прикладной программы функции CS, а часть CPCS - общие для всех прикладных программ функции.

Таблица 4.8. Основные типы уровней AAL

Типы AAL AAL1 AAL2 AAL3/4 AAL5
Синхронизация между источником и получателем Требуется Требуется Переменная Переменная
Скорость передачи в битах Постоянная VBR (rt, nrt) Переменная Переменная
Категория услуг (сервиса)
CBR На основе VC ABR UBR(GFR)
Режим соединения На основе
виртуальных каналов (VC)
На основе VC
На основе VC Без каналов,
т.е. без
установления соединения
Примеры Аудио- и
видеосистемы E1,
nх64кбит/с
rt (real-time)
сжатые аудио- и видеосигналы в реальном
времени, nrt (non-real-time) пакетная передача звука, видео в нереальном
времени, frame relay
Трафик локальных компьютерных сетей и на основе протоколов TCP/IP, дэйтаграммный
метод передачи

В таблице 4.8 обозначено:

GFR, Guaranteed Frame Rate - гарантированная скорость блока данных;
ТCP/IP, Transmisson Control Protocol / Internet Protocol —протокольный набор для компьютерных сетей являющийся частью их операционных систем, например, системы UNIX.

На рисунке 4.18 представлен пример структуры протокола объединения (слияния) данных на подуровне конвергенции (CS PDU, Convergence Sublayer Protocol Data Units) и функции протокола подуровня конвергенции. Подуровень CS обеспечивает формирование блоков данных разной длины с заголовком и завершением каждого блока служебной информацией, благодаря которой на приеме из блоков формируется непрерывный поток данных к пользователю сети АТМ

Рисунок 4.18. Структура протокола объединения данных CSPDU

Рисунок 4.18. Структура протокола объединения данных CSPDU

На подуровне SAR выполняются следующие функции:

  • сборка/разборка блоков C-PDUS из ячеек АТМ и в ячейки АТМ;
  • идентификация полезной нагрузки (ВОМ, СОМ, ЕОМ или SSM);
  • операция проверки на ошибки поля информации ячейки (процедура CRC);
  • функции сегментации и реагрегирования применительно к 2-м байтам головной и 2-м байтам хвостовой части сегмента;
  • включение/извлечение полезной нагрузки АТМ в поле ячейки 44...48 байтов.

Обозначения на рисунке 4.18:

ВОМ (Beginning of Message) - начало сообщения;
СОМ (Continuation of Message) - продолжение сообщения;
ЕОМ (End of Message) - завершение сообщения;
SSM (Signaling System Message) - сообщение сигнальной системы;
CRC (Cyclic Redundancy Check) - контроль циклической избыточности.

В плоскости С на верхних уровнях действуют протоколы, отвечающие за установление соединений в сети АТМ, например, стандартизированный ITU-T в Q.2931. На уровне AAL выполняются функции адаптации сигнализации АТМ (SAAL, Signaling АТМ Adaptation Layer). Уровень SAAL транспортирует сообщения протокола Q.2931 между двумя устройствами, реализующими коммутируемые виртуальные каналы SVC АТМ. Уровень SAAL состоит из трех подуровней, которые выполняют следующие функции:

  • общая часть AAL CP (Common Part) обнаруживает искаженный трафик, передаваемый через любой интерфейс, с использованием процедур плоскости С;
  • специфическая часть для режима с установлением соединения SSCOP (Service Specific Connection - Oriented Part) обеспечивает передачу трафика переменной длины через интерфейс и восстанавливает искаженные и потерянные сервисные блоки данных SDU (Service Data Unit);
  • функция координации, специфицированная для услуг SSCF (Serv-ice Specific Coordination Function), обеспечивает интерфейс со смежным верхним уровнем.

В плоскости М уровень адаптации формирует сегменты передачи информации управления и восстанавливает из сегментов информационные блоки управления с контролем ошибок. В этом подразделении уровня AAL предусмотрено использование AAL-3/4 или AAL-5.

4.10.1. Адаптационный уровень AAL-1

Сервис (услуги) этого уровня называются услугами 1-го класса (или категории А) и предоставляются пользователю сети с постоянной скоростью (CBR). По всей линии передачи характеристики передачи данных определены, и время доставки данных строго ограничено. Этот класс услуг имеет следующие характеристики:
  • трафик представляет собой поток данных в виде блоков по 193 бита каждые 125 мкс;
  • трафик не терпит изменений задержки;
  • трафик не допускает потери информации;
  • трафик чувствителен к сжатию.

Функции, реализуемые в AAL, заключены в следующем:

  • сегментации и восстановлении информации пользователя;
  • управление отклонением времени задержки ячейки;
  • управление искажениями и неверно введенными ячейками;
  • восстановление источника синхронизации;
  • наблюдение за ошибками байтов и управление этими ошибками;
  • генерация и обнаружение структурного указателя.

Возможности сервиса 1 класса определяют возможности передачи звука, изображения и данных в реальном времени с постоянной скоростью. При этом информация может быть структурирована, т.е. представлена по байтам, или не структурирована, т.е. передаваться по битам, и размещаться в 48 байтовых полях полезной нагрузки отправителем.

Заполнение 48 байтового поля обусловлено протоколом структурирования данных. На рисунке 4.19 показан формат структурирования данных для AAL-1 (SAR-PDU).

Рисунок 4.19. Формат структурированных данных AAL-1

Рисунок 4.19. Формат структурированных данных AAL-1

Порядковый номер поля позволяет отделить пустые и неисправные ячейки от информационных. Защита номера поля предназначена для обнаружения ошибок с помощью процедуры CRC и исправления одиночной ошибки. Участок, обозначенный SAR-PDU, несет необходимую полезную нагрузку (трафик) информации При этом в первом байте SAR-PDU фиксируется указатель структурирования. Дальнейшее преобразование сегмента в ячейку АТМ и ее размещение на физическом уровне демонстрируется на рисунке 4.20 для трафика типа Е1 (2,048 Мбит/с).

Рисунок 4.20. Отображение циклов Е-1 в ячейках АТМ

Рисунок 4.20. Отображение циклов Е-1 в ячейках АТМ

4.10.2. Адаптационный уровень AAL-2

Сервис (услуги) этого уровня называется услугами 2-го класса (или категории В) и предоставляются пользователю сети с переменой скоростью (VBR).

Этот тип графика в настоящее время еще не имеет широкого распространения из-за недостатков стандартизации преобразований звука и видео со сжатием. Сжатие данных для передачи звука и видео приводит к пульсирующему трафику, поэтому его характеризуют как «взрывной» (пиковый) во времени. Каждая ячейка, формируемая AAL-2, должна быть снабжена временной меткой для реагрегирования и формирования непрерывного потока данных на приеме. Особенной характеристикой графика, формируемого AAL-2, является очень сильная чувствительность к искажениям информации на передаче.

Рисунок 4.21. Формат структурированных данных AAL-2

Рисунок 4.21. Формат структурированных данных AAL-2

Функции, реализуемые в AAL-2, заключены в следующем:

  • сегментация и реагрегирование пользовательской информации;
  • управление переменной задержкой ячейки;
  • управление искаженными ячейками;
  • восстановление синхронизма источника и приемника;
  • контроль за битами ошибок и управление этими ошибками;
  • просмотр поля пользовательской информации для процедуры обнаружения и исправления ошибок.

Для AAL-2 формат структурированных данных состоит из трех полей: поля заголовка, поля полезной нагрузки (то есть переносимого трафика) и хвостовой части (рисунок 4.21)

Порядковый номер сегмента служит для отделения пустых и ошибочных ячеек от информационных. Индикатор типа информации, следующий за порядковым номером, указывает на тип передаваемой части информации, т.е. на начало передачи, продолжение передачи и завершение передачи данных. Хвостовая часть SAR-PDU содержит индикатор длины поля полезной нагрузки (переносимого трафика) и блок контроля ошибок процедурой CRC поля полезной нагрузки. Хвостовая часть формата SAR-PDU для AAL-2 позволяет защитить от ошибок поле информационной нагрузки и головную часть

Размещение SAR-PDU в ячейке АТМ и последующее размещение на физическом уровне аналогично рассмотренному на примере рисунка 4.20 однако, при пульсирующем трафике ячеек промежутки могут быть заполнены пустыми ячейками для выравнивания скоростного потока на физическом уровне.

4.10.3. Адаптационные уровни AAL-3/4

В этой части рассматриваются уровни адаптации с сервисом класса 3/4 (или категорий С и D) с предоставлением услуг с переменой доступной скоростью передачи (ABR).

Адаптационные уровни AAL-3 и AAL-4, объединенные одним классом сервиса для передачи данных, допускающих задержки, различаются тем, что AAL-3 ориентирован на соединение пользователей через виртуальный канал с доступной скоростью передачи, а AAL-4 не ориентирован на соединение.

К особенностям характеристик класса сервиса 3/4 можно отнести следующее:

  • передаваемая информация (трафик) может иметь «взрывной» характер и переменную длину блоков;
  • нет жестких требований к задержкам передачи, что недопустимо в классах услуг А и В, т.е. для передачи звука и видео;
  • возможна буферизация информации и ее следование к месту назначения разными путями.

Рисунок 4.22. Формирование сегментов AAL-3/4

Рисунок 4.22. Формирование сегментов AAL-3/4

CPI (Common Part Indicator) - индикатор основного поля
ВТ (Begin Tag.) – поле начала
ВАS (Buffer Allocation Size)-paзмep буфера
Р - поле выравнивания нагрузки
AL (Alignment)—поле выравнивания
ЕТ (End Tag)-полe конца
LT (Length Indicator) - индикатор длины
ST (Segment Type) - тип сегмента (2 бита)
SN (Segment Number) - порядковый номер
MID (Multiplexing Identifier) -идентификатор мультиплексирования
CRC (Cyclic Redundancy Check) - метка задержки цикличности передачи. IDU, Interface Data Unit - интерфейсный блок данных

Рисунок 4.23. Структура протокольного (SAR-PDU) блока данных AAL-3/4 (передача потока)

Рисунок 4.23. Структура протокольного (SAR-PDU) блока данных AAL-3/4 (передача потока)

Особенности характеристик AAL-3/4 отражены на структурах сегментов полезной нагрузки SAR-PDU, изображенных на рисунках 4.22, 4.23. Первый рисунок отражает структурированную передачу данных в виде единых блоков (IDU), т.е. точно одного блока. Второй рисунок отображает возможность передачи одного или нескольких IDU, которые могут быть разнесены во времени.

Головная часть сегмента содержит: указатель типа сегмента, порядковый номер, идентификатор мультиплексирования. Тип сегмента представлен двумя битами и указывает на начало пакетирования, непрерывность или продолжение информации в пакете и сообщение о завершении информационного блока. Следующие четыре бита заголовка предназначены для порядкового номера сегмента. Каждый последующий сегмент содержит номер на единицу больший предыдущего. Десять битов идентификатора мультиплексирования головной части SAR-PDU исполь-зуются как вспомогательные для раздела сервисных данных для обслуживания уровня АТМ от потока данных, направляемых на подуровень конвергенции уровня AAL, а также разделения на подуровне конвергенции данных, передаваемых другими сегментами.

Второе большое поле SAR-PDU - это поле полезной нагрузки (или переносимого трафика), состоящее из 44 байтов. Если это поле не полностью заполнено данными, то свободный остаток заполняется нулями.

Хвостовая часть сегмента состоит из двух небольших полей: индикатора длины полезной нагрузки и битов контроля ошибок процедуры CRC.

Индикатор длины состоит из 6 битов и содержит число, указывающее число байтов информационных данных, включенных в поле полезной нагрузки SAR-PDU. Его максимальное значение равно 44 байтам. Поле контроля ошибок процедурой CRC состоит из 10 бит и формируется логически на передающей стороне из битов сегмента.

4.10.4. Адаптационный уровень AAL-5

Адаптационный уровень AAL-5, обеспечивающий предоставление сервиса класса 5 (или категорий С и D), является частью стандарта широкополосных сетей с интеграцией услуг (B-ISDN).

Этот класс услуг предложено использовать для компьютерных сетей и обработки данных в следующих вариантах:

  • в качестве AAL-5 может выступать AAL-3/4, но с упрощенным заголовком;
  • приспособлением к протоколам TCP/IP.

Класс услуг AAL-5 предполагается использовать в локальных масштабах. При этом из поля сегмента устранены служебные биты. Тип сообщения (начало, продолжение и конец) отмечается в РТ поля заголовка ячейки АТM (таблица 2.1).

Это могут быть метки:

0х1 конец данных;
0х0 начало или продолжение данных (х = 1 или х = 0).

На рисунке 4.24 демонстрируется структура преобразования данных в AAL-5.

На уровне конвергенции AAL-5 происходит формирование блока данных с присоединением к данным пользователя хвостовой части из 8 байт, образующим четыре поля служебной информации.

Первое поле состоит из одного байта UU, предназначенного для индикации участка цепи от пользователя к пользователю. Второе поле CPI также состоит из одного байта и предназначено для идентификатора тракта передачи. Третье поле LI, состоящее их 2-х байт, служит для раздела блоков данных. Четвертое поле, состоящее из 2-х байт, может быть использовано для контроля ошибок в блоке данных на основе процедуры CRC. Необходимо отметить, что руководящие документы по уровню AAL-5 не предусматривают обязательное использование двух последних полей.

PAD - поле выравнивания (0 ... 47 байт);
UU (User-to-User)-none индикатора «пользователь-пользователь»;
CPI (Common Part Indicator) - индикатор общей части:
LI (Length Indicator) - индикатор длины:
CRC - контрольная сумма обнаружения ошибок

Рисунок 4.24. Протокольный блок и преобразование данных в AAL-5

Рисунок 4.24. Протокольный блок и преобразование данных в AAL-5

В литературе, содержащей информацию о технологии АТМ, встречается термин «нулевой адаптационный уровень» (AAL-0). Это означает, что в данном случае функции адаптации не выполняются, а содержимое информационной части ячеек передается непосредственно в более высокий уровень модели B-ISDN.

Для реализации функций сигнализации на участках сети АТМ: пользователь-сеть: пользователь-пользователь; сетевой элемент - сетевой элемент разработана спецификация функций адаптационного уровня сигнализации (SAAL).

4.10.5. Сигнальный адаптационный уровень S-AAL

Сигнализация в АТМ предназначена для установления виртуальных соединений (точка-точка и тока - много точек) с заданными показателями качества услуг (категорий А, В, С, D). При этом в АТМ предусмотрены сигнальные каналы между получателем и сетью, между пользователями и между коммутаторами (рисунок 4.25).

Передача сигнализации организуется в сети по выделенным виртуальным каналам без передачи пользовательской информации. С помощью сигнализации поддерживаются узкополосные (до 2048 кбит/с) и широкополосные (свыше 2048 кбит/с) услуги, включая мультимедиа. При этом система сигнализации должна обеспечивать установление, контроль и разъединение виртуальных каналов для передачи звука, видео, данных, а также согласовывать трафик.

Сигнализация проводится параллельно с передачей информационных данных. Это экономит время для установления виртуальных соединений. Передача сигнальных сообщений и информационных сообщений происходят по практически одинаковым алгоритмам.

Рисунок 4.25. Типы сигнализации B-ISDN

Рисунок 4.25. Типы сигнализации B-ISDN

4.11. Основные функции сигнализации В-ISDN

Перечислим более подробно все функциональные возможности сигнализации и контроля:

  • установление коммутационных соединений «пользователь-пользователь» и «пользователь - много пользователей»;
  • соединение с симметричным или асимметричным широкополосным каналами;
  • передача сигнала установления соединения;
  • сигнализация транспортного сервиса соответствующих классов (AAL-1, AAL-2, AAL-3/4. AAL-5);
  • выполнение требований по индикации сигнальных параметров;
  • задание VPI/VCI;
  • выполнение базовых (основных) функций протокола сигнальных сообщений, включающего элементы информации и процедур;
  • сигнализация о непрерывности контроля полосы частот исходящего канала для всех досылаемых сообщений;
  • устранение ошибок;
  • задание формата адреса сети общего пользования на участке UNI и сети частного (корпоративного) пользователя UNI для индивидуальной идентификации точки окончания (терминала);
  • реализация механизма регистрации пользователя сети;
  • адресное информирование на другой стороне соединения;
  • идентификация совместимости терминалов пользователей;
  • адресация многоразовых сервисов;
  • соединение мультимедийных терминалов со многими услугами при независимости контроля каждой из услуг.

Все указанные функции сигнализации условно можно разбить на две большие группы:

1) функции, связанные с установлением и обслуживанием вызова (Call Control);
2) функции, связанные с управлением соединениями, по которым транспортируется информация пользователя (Bearer Control).

Большинство функций сигнализации реализуются в коммутаторах доступа. При этом сообщения сигнализации могут передаваться виртуальными каналами сигнализации SVC (Signaling Virtual Channels), которые могут быть четырех типов:

  • виртуальный канал метасигнализации;
  • общий широковещательный канал сигнализации;
  • селективный широковещательный канал сигнализации;
  • виртуальный канал сигнализации «пользователь-пользователь».

На каждом интерфейсе «пользователь-сеть» Ш-ЦСИО может быть организован виртуальный канал метасигнализации. Этот канал является постоянным и двунаправленным и используется для установления, проверки и разъединения селективных широковещательных виртуальных каналов сигнализации и каналов типа «пользователь-пользователь».

Виртуальный канал метасигнализации является постоянным. Виртуальный канал сигнализации «пользователь-пользователь» организуется одним из пользователей, когда он активизирует соединение. При этом созданный канал сигнализации будет двусторонним и используется для установления соединения, контроля и разъединения виртуального канала, по которому передается пользовательская информация.

Широковещательные виртуальные каналы сигнализации являются однонаправленными. Они организуются от сети к пользователям и служат для передачи сигнальных сообщений во все оконечные точки сигнализации сети доступа.

В ITU-T разработана концепция поэтапного внедрения системы сигнализации в B-ISDN. Эта концепция закреплена в рекомендациях Q.93B, Q.2931,Q.2761.

Предлагается две фазы внедрения сигнализации:

фаза 1 для постоянных и изменяющихся скоростей передачи;
фаза 2 для всех видов сообщений, включая полный набор мульти-медийных услуг.

В настоящее время внедряется первая фаза.

Для взаимодействия на транспортном участке сети АТМ разработана сигнальная система, опирающаяся на сигнальную систему № 7 (ОКС7), но предназначенная только для АТМ сети.

Рисунок 4.26. Конфигурация доступа «точка-точка»

Рисунок 4.26. Конфигурация доступа «точка-точка»

Необходимо отметить, что кроме протоколов сигнализации ITU-T разработаны протоколы ATM-Forum для корпоративных и частных сетей. Протоколы ITU-T и ATM-Forum для абонентского участка (UNI) основаны на принципах DSS-1 (Digital Subscriber Signaling), применяемых в N-ISDN.

Система абонентской сигнализации ITU-T, называемая DSS-2 предполагает две конфигурации «пользователь-сеть»:

1) конфигурация доступа «точка-точка» с фиксированным значением VPI:0/VCI:5;
2) конфигурация доступа «точка - много точек» со значением VPI и VCI, назначаемыми метасигнализацией по потребности.

При конфигурации доступа «точка-точка» на стороне пользователя имеется только одна оконечная точка сигнализации (рисунок 4.26).

Таким оконечным оборудованием может быть односервисный терминал или широкополосное сетевое окончание. Для этого типа доступа требуется организации одного постоянного канала сигнализации VPI:0/VCI:5 (рисунок 4.27).

Рисунок 4.27. Формирование сигнального сообщения

Рисунок 4.27. Формирование сигнального сообщения

Архитектура протокола сигнализации для этой конфигурации показана на рисунке 4.25. При конфигурации «точка - много точек» на стороне пользователя имеется несколько оконечных точек сигнализации. В этом случае для организации и управления другими виртуальными каналами сигнализации необходим постоянный виртуальный канал метасигнализации VPI:0/VCI:1.
Метасигнализация (рекомендация ITU–T Q.2120) используется для установления, поддержания и разъединения виртуальных каналов сигнализации в интерфейсе «пользователь-сеть» и работает только по выделенному виртуальному каналу метасигнализации.

Протокольные процедуры метасигнализации имеют возможности:

  • определяют оконечные точки сети сигнализации;
  • назначать скорости для виртуальных каналов сигнализации;
  • разрешать возможные конфликтные ситуации.

Сегмент сигнального сообщения приведен на рисунке 4.28.

Скоростные градации ячеек (пользователь-пользователь) для сигнализации 42, 84, 168, 336, 672, 1344, 2688 ячеек в секунду или при умолчании 42 ячейки в секунду. Идентификатор профиля услуги для запроса со стороны пользователя основных или дополнительных услуг,

Пример сигнальных сообщений участка «пользователь-сеть» приведен на рисунке 4.29.

Рисунок 4.28. Сегмент сигнального сообщения метасигнализации

Рисунок 4.28. Сегмент сигнального сообщения метасигнализации

PD (Protocol Discriminator) - определитель типа протокола:
PV (Protocol Version) - определитель версии протокола:
МТ (Message Type)—идентификатор сообщения (возможны шесть типов сообщения);
II (Indicate Information)-индикатор справки;
ISVC А, В - идентификатор виртуального канала сигнализации А, В:
CAUSE- причины запроса или отправления сообщения:
CRC - процедура контроля ошибок

Рисунок 4.29. Сигнальные сообщения

Рисунок 4.29. Сигнальные сообщения

ATM-Forum разработал протоколы абонентской сигнализации UNI 3.0/3.1 и UNI 4.0. Особенностью протоколов является высокая степень масштабируемости, надежность и гибкость при выборе коммутаторами маршрута с помощью протоколов динамической маршрутизации.

На межузловом интерфейсе ATM-Forum предложил использовать протоколы:

IISP (Inter-Switch Signaling Protocol) - промежуточный межузловой протокол сигнализации;
PNNI (Private NNI) - частный протокол межузловой сигнализации.

HSP-протокол предназначен для работы по принципам спецификаций UNI 3.0/UNI 3.1 и основан на процедурах протокола сигнализации, изложенного в этих спецификациях. Такое решение оказалось возможным благодаря симметричности процедур протокола сигнализации «пользователь-сеть». Так, чтобы установить соединение между коммутаторами в сети, один из коммутаторов играет роль «пользователя», а второй «сети» и так далее. Протокол IISP работает в паре с протоколом статистической маршрутизации.

Рисунок 4.30. Структура сети сигнализации PNNI

Рисунок 4.30. Структура сети сигнализации PNNI

*– Физические узлы сети (22 байта идентификации узла)

PNNI-протокол, обеспечивающий обмен маршрутной и сигнальной информацией, предназначен для установления коммутируемого виртуального соединения и состоит из протоколов маршрутизации и сигнализации. Он является дальнейшим развитием протокола IISP, который является очень простым и требующим ручной настройки таблиц адресов на каждом коммутаторе.

Особенность протокола маршрутизации PNNI заключается в том, что он позволяет выбирать маршрут для установления соединения с учетом состояния топологии сети, т.е. реального состояния сетевых узлов и соединяющих их каналов. Он использует иерархическую структуру сети, которая составляется в виде логических узлов разного уровня и связывающих их логических звеньев.

На самом нижнем уровне каждый логический узел представлен физическим узлом сети, а его идентификатор соответствует адресу сетевого узла (VPI/VCI —> m/n) (рисунок 4.30).

Логические звенья между узлами на нижнем уровне являются физическим звеном или соединением виртуального тракта VPI.

Каждый узел обеспечивает в рамках своей равноправной группы передачу информации о топологии сети, которая используется узлами для вычисления маршрута с учетом параметров качества QoS. Т.о. PNNI интересен тем, что он обеспечивает построение больших территориально распределенных сетей АТМ без использования SDH в качестве технологии транспортной сети.

Протокол PNNI обладает высокой степенью гибкости, поскольку позволяет в случае выхода из строя направлении передачи данных восстанавливать соединения через альтернативные пути, при этом направление альтернативной маршрутизации не должно быть сформировано до возникновения сбоя в сети, и выбирается коммутаторами АТМ, что приводит к функциям самовосстановления сети АТМ. Наличие динамической маршрутизации в протоколе PNNI значительно усложняет его структуру, которая включает несколько подсистем сигнализации.

Установление вызова в B-lSDN UNI

Установление вызова в B-ISDN UNI требует поддержки трех отдельных протоколов одновременно:

- промежуточного локального интерфейса управления (Interim Local Management Interface - ILMI), используемого для регистрации адреса конечного пользователя в сети АТМ (только для UNI версий 3.0 и 3.1 АТМ форума);
- сигнализации уровня адаптации АТМ (SAAL), гарантирующего передачу данных сообщений сетевого уровня;
- сетевого уровня (UNI 3.0 и 3.1, Q.2931, IISP, PNNI), используемого для поддержки, установления и разрыва соединений.

4.12. Адресация в B-ISDN

Для установления коммутируемых виртуальных соединений в сети АТМ необходимо назначить уникальный адрес каждому конечному устройству. На начальной стадии становления B-ISDN структура форматов адресов для сетей общего пользования и частных сетей была различной из-за разных требований к адресации.

Требования в сетях общего пользования:

- единство адресного пространства в рамках международной сети (по ITU-T);
- возможность взаимодействия АТМ с другими сетями (ISDN, Frame Relay), использующими адреса в формате Е.164,'
- возможность расширения адресного пространства.

Рисунок 4.31, Форматы адресов в сетях общего пользованияAFI (Authority and Format Indicator) -индикатор формата заголовка (число 47, 39 или 45);

Рисунок 4.31, Форматы адресов в сетях общего пользованияAFI (Authority and Format Indicator) -индикатор формата заголовка (число 47, 39 или 45);

DSP (Domain Specific Part)- специальная часть адреса;
IDI (Initial Domain Identifier) - идентификатор начальной части адреса;
IDP (Initial Domain Part} -начальная часть адреса;

AESA (АТМ End System Addresses) - адрес АТМ оконечной системыСогласно этим требованиям ITU-T предусмотрел использование в сети общего пользования формата адреса по рекомендации Е.164 (рисунок 4.31).

В формате А адрес состоит из обязательного поля адреса Е.164 (8 байт) и поля подадреса (до 20 байт), обеспечивающего дополнительную адресную емкость вне плана нумерации. Подадрес передается по сети АТМ от пользователя к пользователю прозрачно. Структура поля подадреса нестандартизирована, однако обычно применяется формат точки доступа к услуге сетевого уровня согласно рекомендации ITU-T X.213.

Учитывая, что сеть АТМ общего пользования должна взаимодействовать с частными сетями АТМ, были расширены международные стандарты. Так согласно рекомендации ITU-T E.191 для адресации в сети АТМ общего пользования может применяться формат адреса AESA (на рисунке 4.31 формат Б). AESA состоит из начальной части домена (области) DSP. Информация, содержащаяся в поле IDP, используется для маршрутизации в сети общего пользования. Она указывает на номер абонента в формате Е.164, администрацию, ответственную за выделение кодов в рамках сети общего пользования, и тип адреса – групповой или индивидуальный.

Рисунок 4.32. Форматы AESA

Рисунок 4.32. Форматы AESA

HO-DSP (High Order-Domain Specific Part) - адресная часть пространства для подсети;
ESI (End System Identifier) - идентификатор конечной системы;
SEL (Selector) – селектор, используемый конечной системой.Информация DSP передается в сети общего пользования без обработки и содержит адрес пользователя в частной сети АТМ.

При адресации в частных сетях ATM-Forum предусматривает использование трех форматов адреса AESA: NSAP (OSI Network Service Access Point – точка доступа к услугам сетевого уровня семиуровневой модели открытых систем); DCC (Data Country Code -код страны); ICD (International Code Designator - идентификатор организации) (рисунок 4.32)

Указанные форматы основаны на OSI NSAP, однако за выделение адресного пространства отвечают разные международные организации.

Формат NSAP Е.164 предназначен для использования в сетях АТМ общего пользования, где распределение адресного пространства регулируется ITU-T.

Формат DCC используется в США. Распределение в нем адресов могут осуществлять организации, зарегистрированные в стандарте ISO 3166.

Формат AESA ICD выдают организации, которые зарегистрированы институтом стандартов Великобритании BSO (British Standards Organization).

В России система адресации в сети АТМ может быть выполнена двумя способами (согласно РД 45.123-99): нумерация Е.164 и адрес AESA.

В сети АТМ России должна использоваться двухуровневая система адресации согласно требованиям пересмотренной (1998 год) рекомендации Е.191 ITU-T.

В качестве первого уровня адресации, определяющего окончание сети АТМ общего пользования, должен использоваться формат Е.164.

В качестве второго уровня адресации, определяющего элементы сети АТМ ограниченного пользования (корпоративной сети АТМ) сети средств пользователя, подключенные к сетевому окончанию сети АТМ общего пользования должен использоваться любой формат адреса AESA (DCC AESA, ICD AESA, Е.164 AESA, Local AESA, ITU-T).

Сеть АТМ общего пользования должна распознавать все возможные виды форматов адреса AESA и, если пользователь указал только адрес AESA, формировать номер Е.164 для маршрутизации вызовов через сеть АТМ общего пользования. При передаче адреса AESA сеть АТМ общего пользования не должна его изменить.

Структура номера Е.164 для России приведена на рисунке 4.33 [40].

Рисунок 4.33. Структура адреса Е.164 для России

Рисунок 4.33. Структура адреса Е.164 для России

Согласно стандарта ISO 3166 значение кода IDI для России равно 643. Поле HO-DSP для сетей общего пользования и частных сетей включает следующие поля (рисунок 4.34):

x1x2 - поле организации (1 байт);
x3x4x5x6x7x8 - поле кода оператора магистральной сети или корпоративной сети (3 байта);
x9x10x11x12 - поле кода точки подключения к магистральной сети или сети корпоративной (2 байта);
x13x14x15x16 - поле кода точки подключения к региональной сети (2 байта).

Значения полей кодируются десятичными цифрами, каждая цифра занимает 4 бита.

Рисунок 4.34. Формат адреса NSAP DSP

Рисунок 4.34. Формат адреса NSAP DSP

4.13. Маршрутизация в сети АТМ

Сложная топология сети АТМ требует использования протоколов маршрутизации. При этом нет необходимости маршрутизировать данные пользователя - достаточно выполнить маршрутизацию запросов на установление виртуальных соединений.

Известно множество методов маршрутизации, которые подробно описаны в литературе. Для сетей АТМ Форум АТМ в 1996 году принял первую редакцию протокола PNNI. В сети, поддерживающей протокол PNNI, маршрутизация запросов выполняется на основе первых 19 байт адреса АТМ (всего в адресе 20 байт). Каждый коммутатор в сети имеет уникальный 22 байтовый идентификатор. Отдаленные узлы (коммутаторы) группируются и каждая группа идентифицируется 14 байтовым идентификатором группы. Все узлы в одной группе имеют один и тот же идентификатор группы. Этот идентификатор формируется по адресам АТМ коммутаторов. При назначении адресов стараются сделать так, чтобы место положения любого узла можно было однозначно определить по адресу. В сложных иерархических сетях в состав адреса закладывается информация об уровне иерархии протокола PNNI.

Для получения информации о текущем состоянии соседних коммутаторов происходит постоянный обмен специальными сообщениями (протокол PNNI - Hello), которые проходят через каналы. Успешная передача этих сообщений указывает на возможность использования этих каналов.

Информация о маршрутной топологии сети для PNNI включает сведения об узлах, каналах связи, доступных адресах, параметрах скорости передачи данных, задержки и т.д. Т.о. каждый узел сета может хранить запись, описывающую «видимую» им часть сети. В терминологии PNNI эти записи называются элементами состояния топологии (PNNI Topology State Element, PTSE). Если узел, кроме своего PTSE, имеет PTSE всех узлов своей группы, он может вычислить маршрут для любого адреса группы. Соединение может быть осуществлено только по тому адресу, который указан в PTSE на одном из доступных коммутаторов. Размер группы ограничен объемом памяти и мощностью процессоров коммутаторов. Каждый адрес, канал связи, узел сети повышают объем информации о топологии группы и требуют дополнительных ресурсов коммутатора. Поэтому для улучшения масштабируемости протокол PNNI поддерживает иерархическое построение сети, что позволяет обслуживать практически неограниченное число каналов связи и узлов, не требуя при этом больших ресурсов коммутаторов.

4.14. Пользовательские возможности, ориентированные на соединение

Сервис сети АТМ, ориентированный на соединение BC-OBS (Broadband Connection-Oriented Bearer Service), предназначен для поддержки протоколов передачи информации пользователя, предполагающих установление соединения. К таким протоколам относятся: АТМ, Frame Relay, X25, Кроме того, соединение необходимо в сетях N-ISDN и телефонных.

Сервис BC-OBS, согласно рекомендаций ITU-T F.811 характеризуется следующими параметрами:

  • режимом соединения (постоянный, заказной и коммутируемый);
  • типом соединения (виртуального пути и виртуального канала);
  • категорией услуги передачи (CBR, VBRrt и VBRnrt, ABR, UBR);
  • параметрами трафика (пиковой PCR, поддерживаемой SCR и минимальной MCR) скоростями передачи данных; максимальной длиной пакета ячеек MBS; допустимым отклонением времени задержки ячеек CDV;
  • классом качества услуги QoS (1,2,3,4 классы), примеры классов качества приведены в таблице 4.9;
  • протоколом уровня адаптации (AAL-1, 2, 3/4, 5).

Для сервиса BCОВS кроме выше перечисленных параметров должны поддерживаться дополнительные параметры качества:

Таблица 4.9. Значения параметров качества QoS

Таблица 4.9. Значения параметров качества QoS

- коэффициент ошибочных ячеек CER (Celt Error Ratio);
- доля ячеек, принимаемых не по адресу CMR (Cell Misinsertion Rate);
- коэффициент ошибочных блоков SECBR (Severely Errored Cell Block Ratio, SECBR).

4.15. Пользовательские возможности, неориентированные на соединение

Сервис сети АТМ, неориентированный на установление соединения, предназначен для поддержки протоколов передачи информации пользователя, не предполагающих установление соединения (IP, Ethernet, Token Ring). Этот сервис обеспечивает распределение потоков информации пользователя по соединениям АТМ. Сервис сети АТМ, неориентированный на соединение BCDBS (Broadband Connectionless Data Bearer Service), использует функции сервера неориентированного на соединение CLS (Connectionless Server) и обеспечивает установление соединений АТМ, подтверждение адресов, маршрутизацию, обработку группового адреса, функции ОАМ и т.д.

Для реализации сервиса BCDBS в сети АТМ определены два способа:

  • функции CLS_ выполняет оборудование, подключенное к сети АТМ (рисунок 4.35), при этом сеть АТМ осуществляет только передачу информации пользователя;
  • сеть АТМ выполняет функции CLS и осуществляет передачу информации пользователя (рисунок 4.36).

Рисунок 4.35. Подключение сервера CLS к сети B-ISDN для услуг с соединением

Рисунок 4.35. Подключение сервера CLS к сети B-ISDN для услуг с соединением

Услуги BCDBS поддерживаются в постоянном, заказном и коммутируемом режимах при этом образуются два вида соединений (виртуальные пути и каналы). Соединения могут иметь различные конфигурации: точка-точка, точка - несколько точек, несколько точек - точка, несколько точек - несколько точек. Категории услуг передачи и классы качества соответствуют таблице 4.9

Протокольная реализация AAL-3/4 и AAL-5.

Рисунок 4.36. Подключение сервера CLS для услуг неориентированных на соединение

Рисунок 4.36. Подключение сервера CLS для услуг неориентированных на соединение

4.16. Общие принципы управления в B-ISDN

Общая характеристика управления в АТМ происходит из модели B-ISDN (рисунок 4.17).

Уровень управления предназначен для реализации функций управления всех систем широкополосной цифровой сети с интеграцией услуг. В этом уровне реализуются кроме функций прямого управления еще и функции координации между слоями и каждого слоя в отдельности.

Функции управления и координации определяются спецификой оборудования и построением сети, а также функциями оперативного управления и администрирования OAM (Operation Administration Management), зафиксированными в рекомендациях ITU-T I.610. Кроме того, функции управления АТМ согласованы с функциями сети управления электросвязи (TMN, Telecommunications Management Network), зафиксированными в рекомендациях ITU-T M.3000…3660.

В соответствии с рекомендациями ITU-T уровень управления исполняет следующие функции управления плоскостями:

  • устранением неисправности;
  • рабочими характеристиками;
  • конфигурацией;
  • выпиской счетов;
  • защитой информации.

В нормальном (рабочем) состоянии сети АТМ мониторинг сетевых элементов обеспечивает непрерывный или периодический контроль неисправности всех контрольных объектов (коммутаторов, концентраторов, узлов доступа, систем передачи и т.д.). Механизм контроля, реализуемый функциями ОАМ, предусматривает информирование оператора сети о качественном состоянии сети за короткий и длительный интервалы времени наблюдения и также позволяет инициировать профилактический контроль.

При непрерывном или периодическим контроле сети в случае аварии происходит опознание места ее возникновения и локализация неисправного оборудования, т.е. его исключение из сети. При этом системная защита должна обеспечить уменьшение негативного эффекта от аварии путем ввода в действие резервного оборудования или обходных каналов. Детальное обнаружение дефекта при аварии осуществляется путем внутреннего или внешнего тестирования поврежденных элементов.

Основой для построения высокоэффективной системы управления являются “высокоинтеллектуальные агенты управления”, которые представляют собой специализированные микроконтроллеры, включенные во все сетевые элементы. Организация управления сетевыми элементами основана на протоколах управления, например, SNMP (Simple Network Protocol), простом протоколе управления сетью, соответствующем стандартам открытых систем (ISO/OSI).

Рисунок 4.37. Уровни ОАМ для АТМ.

Рисунок 4.37. Уровни ОАМ для АТМ.

Необходимо отметить, что SNMP не реализует всех функций уровня управления АТМ. Для полной идентификации состояний Ш-ЦСИО на основе АТМ Международный Союз Электросвязи рекомендует пять уровней физической иерархии ОАМ. Они демонстрируются на рисунке 4.37, где F1, F2, F3, F4, F5 –уровни реализации функций ОАМ. Каждый из них обеспечивает следующие функции:

  • уровень F5 (виртуальных каналов) служит для взаимодействия сетевых элементов через виртуальные каналы;
  • уровень F4 (виртуальных путей) служит для взаимодействия групп сетевых элементов, которые используют одно и то же соединение виртуальных путей;
  • уровень F3 (тракта передачи) служит взаимодействию процессов сборки и разборки ячеек АТМ, защиты заголовков от ошибок с помощью контрольной суммы в HEC и др.;
  • уровень F2 (секции мультиплексирования) служит для контроля за работой каналообразующего оборудования и протоколов, например, SDH, PDH, SONET и др.;
  • уровень F1 (секции регенерации) служит для контроля электрических и оптических преобразований в физической среде (контроль мощности лазера, выделение тактовой частоты, токи схемных элементов).

4.17. Эталонные конфигурации и доступ в B-ISDN

ITU-T определил базовые архитектуры доступа в сети B-ISDN.

Примеры этих архитектур приведены на рисунке 4.38.

Рисунок 4.38. Эталонные конфигурации доступа

Рисунок 4.38. Эталонные конфигурации доступа

Архитектуры представлены функциональными группами (В-ТЕ1, B-NT, В-ТА и т.д.) и эталонными точками (интерфейсами SB, ТB, R). Одно или несколько стандартных широкополосных оконечных устройств пользователей (В-ТЕ1 - Broadband Terminal Equipment) подключается к широкополосному сетевому окончанию (B-NT -Broadband Network Termination). При этом оконечные устройства могут быть однотипными или представлять собой комбинацию разнотипных устройств. B-NT1 выполняет функции линейного окончания. B-NT2 выполняет функции подключения к одной линии доступа нескольких линий для различных услуг. Эталонные точки SB, TB, R предназначены для преобразования сигналов. Устройства, ранее не приспособленные к работе в сети АТМ, могут быть подключены через широкополосные терминальные адаптеры (В-ТА). B-NT1 обеспечивает независимость всех остальных функциональных групп от способа передачи по линии доступа. B-NT2 выполняет функции как физического уровня так и функции протокольных уровней (АТМ, AAL, ISO/OSI).

Такими функциями могут быть:

  • адаптация к различным физическим интерфейсам и топологиям (шина, кольцо, звезда в сетях Ethernet, Token Ring, FDDI и др.);
  • мультиплексирование/демультиплексирование, т.е. концентрация/де концентрация трафика источников;
  • распределение ресурсов по приоритетам;
  • контроль параметров пользователей;
  • управление сигнализацией;
  • замыкание внутреннего трафика.

Пример эталонной конфигурации широкополосной сети АТМ приведен на рисунке 4.39.

Рисунок 4.39. Схема доступа в B-ISDN

Рисунок 4.39. Схема доступа в B-ISDN

Из рисунка 4.39 видна граница между сетью доступа и транспортной сетью, которая проходит через интерфейс ТВ, т.е. точку, в которой формируется поток ячеек АТМ.

Типовыми физическими конфигурациями сети доступа принято считать, согласно ряда рекомендаций ITU-T (G.902, G.982, G.983, G.992, I.432), следующие:

  • пассивную оптическую сеть с оптическими сетевыми блоками на конце и оптоволокном в дом;
  • сеть доступа с медными линиями и технологиями xDSL (ADSL, HDSL, SHDSL};
  • радиодоступ по схеме «точка-точка» или «точка - много точек».

Рисунок 4.40. Варианты сети доступа

Рисунок 4.40. Варианты сети доступа

Пассивные оптические сети могут быть выполнены по одному из следующих вариантов (рисунок 4.40):

  • оптическое волокно до сетевого окончания абонента FTTH (Fibre to the Home);
  • оптическое волокно до распределительного шкафа, к которому подключены несколько пользователей FTTC (Fibre to the Carb);
  • оптическое волокно до офиса FITO (Fibre to the Office);
  • гибридные решения FTTC - медные линии (коаксиальные, давшие название HFC (Hybrid Fibre Coax), и симметричные витые пары - неэкранированные UTP (Unshielded Twisted Pair) и экранированные STP (Shielded Twisted Pair).

    Е/O - электрооптический преобразователь;
    O/Е - оптоэлектронный преобразователь;
    PON (Passive Optical Network) - пассивная оптическая сеть;
    ES - электрический разветвитель;
    OS - оптический разветвитель;
    АТМ NT - сетевое окончание сети АТМ;
    ONT (Optical Network Termination) - оптическое сетевое окончание

Рисунок 4.41. Пример построения пассивной оптической сети АТМ, совмещенной с сетью телевидения

Рисунок 4.41. Пример построения пассивной оптической сети АТМ, совмещенной с сетью телевидения

Пример интегрированной пассивной оптической сети доступа приведен на рисунке 4.41.

Пример сети на рисунке 4.41 характерен низкой стоимостью подключения пользователей и по этой причине решение PON нашло широкое применение. По некоторым оценкам это решение позволит ежегодно подключать в B-ISDN до 80 000 пользователей в Северной Америке.

Альтернативным или дополняющим решением по доступу в ATM-PON считается xDSL (Digital Subscriber Line) - цифровая абонентская линия на медном кабеле.

Некоторые возможные решения по доступу в АТМ с технологиями xDSL показаны на рисунке 4.42.

Технологии xDSL, пригодные для использования в доступе к сети АТМ подразделяются:

HDSL (High-bit-rate Digital Subscriber Loop) - высокоскоростная цифровая абонентская пиния, обеспечивающая скорость передачи данных до 2,048 Мбит/с по одной, двум, трем парам медных кабелей;
SHDSL (Single Pair Symmetrical DSL) -симметричная высокоскоростная цифровая абонентская линия, работающая по одной паре медного кабеля, обеспечивающая передачу данных на скорости до 2,048 Мбит/с;
ADSL и ADSL-lite (Asymmetric DSL) - асимметричная цифровая абонентская линия и облегченная цифровая абонентская линия, не требующая специального разветвителя, обеспечивают передачу данных разными скоростями от абонентов до 1 Мбит/с и к абонентам до 8 Мбит/с;
VDSL (Very-high-rate DSL) - высокоскоростной DSL - дельнейшее развитие ADSL, которое позволяет перейти к режимам передачи к абоненту по симметричной витой паре до 52 Мбит/с и от абонента до 2,3 Мбит/с.

DSLAM (DSL Access Multiplexer) – мультиплексор доступа технологий DSL;
VBx – широкополосный стандартный интерфейс;
Ш – шлюзовое подключение пользователей (адаптеры)

Рисунок 4.42. Решения по доступу в ATM с технологиями xDSL

Рисунок 4.42. Решения по доступу в ATM с технологиями xDSL

Сочетание xDSL и DSLAM также позволяют строить эффективную систему доступа. Учитывая, что для xDSL решений подходят низкочастотные медные кабели телефонных сетей, при соответствующем подборе пар, эти решения могут быстро внедряться на сети доступа.

Важными элементами сетей доступа с ATM являются широкополосные интерфейсы VBx (х = 1, 2, 3, 4, 5), стандартизированные ITU-T и ETSI в 1994 году.

Беспроводной доступ в ATM сеть (радиодоступ) может рассматриваться также альтернативным решением оптическому проводному. Такие решения предлагают ряд ведущих производителей широкополосного оборудования (Alcatel, BOSCH, Siemens). При этом в режиме тока - точка гарантируется скоростной режим передачи от 2Мбит/с до 52 Мбит/с на расстояние от 5 до 10 км в диапазонах частот 300МГц, 800МГц, 2.5ГГц, 10ГГц, 25 ГГц.

Другим вариантом беспроводного доступа может быть атмосферный лазерный канал, зависящий от погодных условий, по которому можно передавать данные от 2 Мбит/с до 155 Мбит/с, но с ограничением дальности передачи соответственно скоростям от 10 до 1 км.

Контрольные вопросы:

1. Почему в сетях связи появилась необходимость в интеграции услуг?
2. Какие элементы выделяются в топологии цифровой сети ISDN ?
3. Что обозначают эталонные точки ISDN ?
4. С какой целью применяется линейное кодирование 2B1Q в ISDN ?
5. Как устроен цикл 2B+D ?
6. Какие каналы могут быть организованы в ISDN ?
7. Какие услуги обеспечивает сеть ISDN ?
8. Какие элементы входят в структуры эталонных моделей доступа ISDN?
9. Какими уровнями представлена протокольная структура ISDN ?
10. С какой целью используется LAPD в ISDN ?
11. Какие системы сигнализации необходимы для работы ISDN ?
12. Чем отличаются DSS-1 и ОКС 7 ?
13. Как организована нумерация в ISDN ?
14. Почему АТМ используется в качестве основы Ш-ЦСИС ?
15. Чем характеризуется модель В-ISDN на основе АТМ ?
16. Какие функции выполняет физический уровень В-ISDN ?
17. Какие функции выполняет уровень АТМ в В-ISDN ?
18. Какие функции выполняет уровень AAL в В-ISDN ?
19. Чем отличаются AAL1, AAL2, AAL3/4, AAL5 друг от друга ?
20. Что обеспечивает S-AAL ?
21. Какие каналы сигнализации используются в В-ISDN ?
22. Что представляет собой PNNI ?
23. Как организуется адресация в В-ISDN ?
24. Какой смысл имеет маршрутизация в сети АТМ ?
25. Какие услуги обеспечивает В-ISDN ?
26. Какое назначение имеет управление в В-ISDN ?
27. Каким образом может быть организован доступ в В-ISDN ?

Список литературы

1. Руководящий технический материал по проектированию коммутационного оборудования с функциями ОКС№7 и ЦСИО.–М.: ЦНИИС, 1997.
2. Бакалов И. Г. ISDN и FRAME RELAY: технология и практика измерений.–М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 1999.–186 с.
3. Лазарев В. Г. Интеллектуальные цифровые сети. Справочник.–М.: Финансы и статистика, 1996.–224 с.
4. Гольдштейн Б. С. Сигнализация в сетях связи. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1998.–Т.1.
5. Гольдштейн Б. С. Протоколы сети доступа. Т.2.–М.: Радио и связь, 1999.–317 с.
6. ITU-T Recommendation Q.512. Digital Exchanges. Digital Exchange Interfares for Subscriber Access // 02.95.
7. Куперман М. Б., Лясковский Ю. К. Технологии и протоколы территориальных сетей связи // Корпоративные территориальные сети связи. Выпуск 3. Информсвязь, 1997.– с. 13-19.
8. Саммерс Ч., Дюнц Б. Высокоскоростное цифровое соединение с сетью Интернет.–М.: радио и связь, 1998.– 232 с.
9. Баркун М. А., Ходасевич О. Р. Цифровые системы синхронной коммутации.–М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001.– 187 с.
10. Синепол В. С., Цикин И. А. Системы компьютерной видеоконфе-ренцсвязи.–М.: Мобильные телекоммуникации, 1999.– 166 с.
11. Емельянов Ю. А., Крупнов А. Е., Мамзелев И. А. Сертификация оборудования и услуг связи.–М.: РИКЕЛ, 1999.– 248 с.
12. Руководящий документ отрасли РД 45.123-99. Порядок применения технологии АТМ на ВСС России.–М.: Гостелеком России, 1999.– 83 с.
13. Назаров А. Н., Разживин И. А., Симонов М. В. АТМ: Технические решения создания сетей.–М.: Горячая линия – Телеком. 2001.– 376 с.
14. Буассо М., Деманж М., Мюнье Ж. М. Введение в технологию АТМ.–М.: радио и связь, 1997.- 128 с.
15. Шмалько А. В. Цифровые сети связи. –М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001.– 283 с.
16. Баклаков И. Г. Технологии измерений первичной сети. Часть 2. Системы синхронизации, В-ISDN, АТМ.–М.:ЭКО-ТРЕНДЗ, 2000.-150с.
17. Фокин В.Г. Основы АТМ.– Новосибирск., СибГУТИ, 2003.– 121 с.

Интегральные и оптические сети


*****
Новосибирск © 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.