13.1. Взаимоувязанная сеть связи РФ - национальная транспортная магистральная сеть

13.2. Цифровая первичная сеть

13.3. Типовые каналы и тракты аналоговой и цифровой сети электросвязи

13.4. Вторичные сети связи

13.5. Узлы связи

13.6. Этапы развития технологий транспортных и телекоммуникационных сетей

13.7. Понятие о глобальной сети Интернет

13.1. Взаимоувязанная сеть связи РФ - национальная транспортная магистральная сеть

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

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

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

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

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

-       сети общего пользования,

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

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

Рисунок 13.2 - Структура ВСС РФ

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

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

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

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

-       третий уровень - это системы электросвязи или службы электросвязи, представляющие пользователям конкретные услуги связи.

Услуги электросвязи предоставляются пользователям посредством оконечного оборудования сетей электросвязи. Телефонная связь, передача данных, телеграфная связь, передача газет, распределение программ телевизионного и звукового вещания, видеотелефонные сети - все эти системы электросвязи общего пользования входят в структуру ВСС в качестве вторичных сетей.

Помимо сетей электросвязи общего пользования в состав ВСС входят также вторичные сети организованные различными ведомствами, корпорациями и коммерческими кампаниями. К таким сетям относятся:

-       сети связи силовых структур,

-       сети связи топливно-энергетического комплекса,

-       сети связи транспортных и банковских структур,

-       частные и корпоративные сети связи.

Рисунок 13.3 - Архитектура ВСС

При построении вторичных сетей используются различные типы телекоммуникационных технологий, обеспечивающих эффективное использование  каналов и типовых трактов, выделенных из состава первичной сети в данную вторичную сеть. К телекоммуникационным технологиям вторичных сетей относятся:

-       кроссовая коммутация,

-       традиционная коммутация каналов,

-       коммутация сообщений и пакетов.

Помимо перечисленных последние годы активно внедряются новые более эффективные технологии построения вторичных сетей, которые относятся к телекоммуникационным технологиям интегрального типа. Эти технологии обеспечивают совместную передачу сообщений различных видов информации: речи, данных, факсимильной и видео информации, включая передачу телевизионных программ и т.д. К таким прогрессивным технологиям в настоящее время получившим наибольшее распространение относятся: ATM, Ethernet-Gb, ISDN и FrameRelay.

Для примера на рис. 13.4 приведена транспортная сеть «ТрансТелеком» в составе ВСС представляющая собой магистральную цифровую сеть связи Российских железных дорог, а также опирающиеся на ее ресурсы сеть MPLS IP и сети доступа, интегрированные в единую взаимоувязанную мультисервисную сеть. Базовой технологией для построения магистральной первичной сети выбрана SDH-технология.

Рисунок 13.3 - Магистральная сеть «ТрансТелеком»

Основная задача ВСС - транспортная, т. е. передача сообщений от его источника к получателю. Конечным результатом функционирования ВСС являются услуги связи, предоставляемые пользователям.

Показатели, характеризующие функционирование ВСС:

-       скорость и своевременность доставки сообщений пользователям;

-       достоверность сообщений (соответствие принятого сообщения переданному);

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

-       при воздействии внешних дестабилизирующих факторов.

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

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

Для повышения устойчивости сетей ВСС используются различные меры:

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

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

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

-       развитие систем резервирования;

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

13.2. Цифровая первичная сеть

Первичной сетью называется совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов системы электросвязи, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи системы электросвязи. В основе современной системы электросвязи лежит использование цифровой первичной сети, основанной на использовании цифровых систем передачи. Как следует из определения, в состав первичной сети входит среда передачи сигналов и аппаратура систем передачи.

Первичная сеть строится на основе типовых каналов, образованных системами передачи. Рассмотрим ту часть первичной сети, которая связана с передачей информации в цифровом виде.

Цифровой сигнал типового канала имеет определенную логическую структуру, включающую

-       цикловую структуру сигнала,

-       тип линейного кода.

Цикловая структура сигнала используется для синхронизации, процессов мультиплексирования и демультиплексирования между различными уровнями иерархии каналов первичной сети, а также для контроля блоковых ошибок.

Линейный код обеспечивает помехоустойчивость передачи цифрового сигнала.

Аппаратура передачи осуществляет преобразование цифрового сигнала с цикловой структурой в модулированный электрический сигнал, передаваемый затем по среде передачи. Тип модуляции зависит от используемой аппаратуры и среды передачи. Современные системы передачи используют в качестве среды передачи сигналов электрический и оптический кабель, а также радиочастотные средства (радиорелейные и спутниковые системы передачи) - рис. 13.4.

Рисунок 13.4 - Физические среды передачи первичной сети

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

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

Современная цифровая первичная сеть строится на основе трех основных технологий:

-         плезиохронной иерархии (PDH),

-         синхронной иерархии (SDH),

-         асинхронного режима передачи (ATM).

Рисунок 13.5 - Технологии цифровой первичной и их место сети в системе электросвязи

Из перечисленных технологий только первые две в настоящее время могут рассматриваться как основа построения цифровой первичной сети.

Рассмотрим более подробно историю построения и отличия плезиохронной и синхронной цифровых иерархий.

Первичная цифровая сеть на основе PDH/SDH состоит из:

-       узлов мультиплексирования (мультиплексоров), выполняющих роль преобразователей между каналами различных уровней иерархии стандартной пропускной способности (ниже),

-       регенераторов, восстанавливающих цифровой поток на протяженных трактах,

-       цифровых кроссов, которые осуществляют коммутацию на уровне каналов и трактов первичной сети.

Схемы плезиохронных цифровых систем (ПЦС) были разработаны в начале 80-х. Всего их было три:

1) принята в США и Канаде, в качестве скорости сигнала первичного цифрового канала ПЦК (DS1) была выбрана скорость 1544 кбит/с и давала последовательность DS1 - DS2 - DS3 - DS4 или последовательность вида: 1544 - 6312 - 44736 - 274176 кбит/с. Это позволяло передавать соответственно 24, 96, 672 и 4032 канала DS0 (ОЦК 64 кбит/с);

2) принята в Японии, использовалась та же скорость для DS1; давала последовательность DS1 - DS2 - DSJ3 - DSJ4 или последовательность 1544 - 6312 - 32064 - 97728 кбит/с, что позволяло передавать 24, 96, 480 или 1440 каналов DS0;

3) принята в Европе и Южной Америке, в качестве первичной была выбрана скорость 2048 кбит/с и давала последовательность E1 - E2 - E3 - E4 - E5 или 2048 - 8448 - 34368 - 139264 - 564992 кбит/с. Указанная иерархия позволяла передавать 30, 120, 480, 1920 или 7680 каналов DS0.

Комитетом по стандартизации ITU-T был разработан стандарт, согласно которому:

-       были стандартизированы три первых уровня первой иерархии, четыре уровня второй и четыре уровня третьей иерархии в качестве основных, а также схемы кросс-мультиплексирования иерархий (рис. 13.5);

-       последние уровни первой и третьей иерархий не были рекомендованы в качестве стандартных.

Рисунок 13.4 - Мультиплексирование цифровых потоков ПЦС (PDH)

Указанные иерархии, известные под общим названием плезиохронная цифровая иерархия PDH, или ПЦИ, сведены в таблицу 13.1.

Однако технология PDH обладала рядом недостатков, а именно:

-       затруднённый ввод/вывод цифровых потоков в промежуточных пунктах;

-       отсутствие средств сетевого автоматического контроля и управления;

-       многоступенчатое восстановление синхронизации требует достаточно большого времени.

Также можно считать недостатком наличие трёх различных иерархий.

Таблица 13.1. Три схемы ПЦС: американская (АС); японская (ЯС); европейская (ЕС)

Указанные недостатки PDH, а также ряд других факторов привели к разработке в США ещё одной иерархии - иерархии синхронной оптической сети SONET, а в Европе аналогичной синхронной цифровой иерархии SDH, предложенными для использования на волоконно-оптических линиях связи (ВОЛС). Но из-за неудачно выбранной скорости передачи для сетей SONET, было принято решение отказаться от создания SONET, а создать на её основе SONET/SDH со скоростью передачи 51.84 Мбит/с. В результате 3 потока SONET/SDH соответствовали STM-1 иерархии SDH. Скорости передач иерархии SDH представлены в таблице 13.2.

Таблица 13.2. Скорости передач иерархии SDH

Иерархии PDH и SDH взаимодействуют через процедуры мультиплексирования и демультиплексирования потоков PDH в системы SDH.

Основным отличием системы SDH от системы PDH является переход на новый принцип мультиплексирования.

Система PDH использует принцип плезиохронного (или почти синхронного) мультиплексирования, согласно которому для мультиплексирования, например, четырех потоков Е1 (2048 кбит/с) в один поток Е2 (8448 кбит/с) производится процедура выравнивания тактовых частот приходящих сигналов методом стаффинга. В результате при демультиплексировании необходимо производить пошаговый процесс восстановления исходных каналов.

Например, во вторичных сетях цифровой телефонии наиболее распространено использование потока Е1. При передаче этого потока по сети PDH в тракте ЕЗ необходимо сначала провести пошаговое мультиплексирование Е1-Е2-ЕЗ, а затем - пошаговое демультиплексирование ЕЗ-Е2-Е1 в каждом пункте выделения канала Е1.

В системе SDH производится синхронное мультиплексирование/ демультиплексирование, которое позволяет организовывать непосредственный доступ к каналам PDH, которые передаются в сети SDH. Это довольно важное и простое нововведение в технологии привело к тому, что в целом технология мультиплексирования в сети SDH намного сложнее, чем технология в сети PDH - усилились требования по синхронизации и параметрам качества среды передачи и системы передачи, а также увеличилось количество параметров, существенных для работы сети. Как следствие, методы эксплуатации и технология измерений SDH намного сложнее аналогичных для PDH.

Таблица 13.3 - Сравнительный анализ технологий АТМ и SDH

Характеристики сетей	ATM	SDH
Скорость передачи информации	2 Мбит/с … 2,5 Гбит/с	2 Мбит/с … 10 Гбит/с
Способ установления соединения	Коммутируемые и постоянные виртуальные каналы	Постоянные соединения
Ширина полосы пропускания	По требованию	2 Мбит/с, 34 Мбит/с, 155 Мбит/с, 622 Мбит/с
Динамич. распред. полосы пропускания	Да	Нет
Набор услуг, предоставляемых сетью	Широкий набор служб для передачи трафика различного рода	Выделенные каналы с постоянной пропускной способностью и гарантированным временем задержки
Управление сетью	С использованием SNMP, установление соединений, выбор маршрутов передачи трафика лежат на АТМ-коммутаторах	С использованием внутренних протоколов производителя оборудования, выбор маршрутов, определение альтернативного маршрута при нарушениях в каналах

Технология ATM отличается от технологий PDH и SDH тем, что охватывает не только уровень первичной сети, но и технологию вторичных сетей, в частности, сетей передачи данных и широкополосной ISDN (B-ISDN). В результате при рассмотрении технологии ATM трудно отделить ее часть, относящуюся к технологии первичной сети, от части, тесно связанной со вторичными сетями.

В таблице 13.3 приведены ключевые отличия технологии АТМ от SDH. К ключевым отличиям стоит отнести наличие встроенных механизмов обеспечения качества обслуживания и динамическое выделение каналов с заданной пропускной способностью для обслуживания пользователей. Это позволяет обеспечить гибкое управление телекоммуникационным ресурсом и гарантировать требуемое качество обслуживание пользователей.

Международным союзом электросвязи ITU-T предусмотрены рекомендации, стандартизирующие скорости передачи и интерфейсы систем PDH, SDH и ATM, процедуры мультиплексирования и демультиплексирования, структуру цифровых линий связи и нормы на вероятностно-временные параметры (рис. 13.5).

Рисунок 13.5 - Стандарты первичной цифровой сети, построенной на основе технологий PDH, SDH и ATM

Рассмотрим основные тенденции в развитии цифровой первичной сети. В настоящий момент очевидной тенденцией в развитии технологии мультиплексирования на первичной сети связи является переход от PDH к SDH. Если в области средств связи этот переход не столь явный (в случае малого трафика по-прежнему используются системы PDH), то в области эксплуатации тенденция к ориентации на технологию SDH более явная. Операторы, создающие большие сети, уже сейчас ориентированы на использование технологии SDH. Следует также отметить, что SDH дает возможность прямого доступа к каналу 2048 кбит/с за счет процедуры ввода/вывода потока Е1 из трактов всех уровней иерархии SDH. Канал Е1 (2048 кбит/с) является основным каналом, используемым в сетях цифровой телефонии, ISDN и других вторичных сетях.

13.3. Типовые каналы и тракты аналоговой и цифровой сети электросвязи

Первичная сеть  представляет собой совокупность линий передачи, на которых с помощью соответствующих систем передачи образуются типовые каналы передачи и групповые тракты, и сетевых узлов (станций) для образования и распределения каналов.

По территориальному  признаку сети связи классифицируют на:

-       местные,

-       зоновые,

-       магистральные.

Первичная сеть базируется на современных кабельные линиях связи (витые пары, коаксиальные и волоконно-оптические кабели) при их гармоничном сочетании со спутниковыми, радио- и радиорелейными линиями связи. Сетевые узлы первичной сети обеспечивают организацию и транзит типовых каналов и групповых трактов первичной сети, их коммутацию и предоставление вторичным сетям.

В первичной сети существуют и еще долго будут сосуществовать вместе аналоговые и цифровые каналы связи, образованные соответственно аналоговыми (АСП) и цифровыми (ЦСП) системами передачи. При этом наличие аналоговых систем передачи – «наследство» 40-70-х годов, когда реализовывались масштабные проекты обеспечения телефонной и телеграфной связью максимального количества населенных пунктов в национальных масштабах, однако основой такой сети связи являлись аналоговые каналы связи. В настоящее время ведутся работы по замене АСП на ЦСП однако это довольно длительный и дорогостоящий процесс который может растянуться на долгие годы.

Канал электросвязи - это тот индивидуальный путь между двумя абонентами или оконечными абонентскими устройствами, разнесенными в пространстве, по которому передается сигнал электросвязи.

Типовым называют канал (групповой тракт), параметры которого нормализованы. В первичной сети выделяют следующие типовые каналы.

Типовые каналы передачи аналоговых систем передачи (АСП):

-       канал тональной частоты (ТЧ) - совокупность технических средств, обеспечивающая передачу сигналов в эффективно передаваемой полосе частот 300 - 3400 Гц;

-       канал звукового вещания (высшего класса - 30-15000 Гц; 1 класса: 50 ‑10 000 Гц; 2  класса: 100-6 300 Гц);

-       канал передачи сигналов изображения телевидения с полосой частот от 50 Гц до 6 МГц;

-       канал звукового сопровождения сигналов телевидения (высшего класса: 30-15 000 Гц, 1 класса: 50-10 000 Гц);

-       типовые групповые аналоговые тракты:

-         первичный - 60-108 кГц (12 каналов ТЧ);

-         вторичный - 312-552 кГц (60 каналов ТЧ);

-         третичный - 812-2044 кГц (300 каналов ТЧ).

Типовые каналы передачи цифровых систем передачи (ЦСП):

-       основной цифровой канал (ОЦК) с номинальной скоростью передачи 64 кбит/с (канал типа B) – является цифровым эквивалентом канала аналогового канала тональной частоты (ТЧ), так как обеспечивает передачу телефонного сигнала в полосе частот 300 ‑3400 Гц методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ);

-       цифровой канал абонентского окончания цифровой сети интегрального обслуживания (ЦСИО-ISDN):

144 кбит/с = 2∙64 кбит/с + 16 кбит/с = 2B + D,

где D – канал передачи данных;

-       цифровые тракты плезиохронной цифровой иерархии (ПЦИ):

-         субпервичный - 0,512 Мбит/с (8 ОВД);

-         вторичный - 8,448 Мбит/с (120 ОВД);

-         третичный 34,368 Мбит/с (480 ОВД);

-         четверичный - 139,264 Мбит/с (1920 ОВД);

-       цифровые тракты синхронной цифровой иерархии (СЦИ) - цифровые потоки синхронных транспортных систем (СТМ):

-         поток СТМ-1 = 155,52 Мбит/с,

-         поток СТМ-4 = 622,08 Мбит/с,

-         поток СТМ-16 =  2 488,32 Мбит/с,

-         поток СТМ-64 = 9 953,28 Мбит/с,

-         поток СТМ-256 = 39 813,12 Мбит/с.

13.4. Вторичные сети связи

На базе типовых каналов и трактов первичной сети строятся вторичные сети, которые обеспечивают передачу соответствующих видов информации (деление вторичных сетей по информационному признаку) или обеспечивают передачу требуемых видов информации в рамках одного ведомства (деление вторичных сетей по ведомственному признаку) - рис. 13.6.

Рисунок 13.6 - Принцип деления вторичных сетей связи

Каналы первичной сети служат базой для построения вторичных сетей, которые разделяются по виду передаваемой информации (телефонная сеть, телеграфная сеть, сеть передачи данных и т. д.) или ведомственной принадлежности.

Назначением конкретной вторичной сети электросвязи является доставка информации определенного вида (преобразованной в соответствующие сигналы электросвязи). Как следует из определения первичной сети, она обеспечивает связь только между определенными узлами. При этом магистраль прокладывается далеко не между всеми узлами первичной сети. Поэтому для образования путей передачи информации на любой из узлов сети необходимо осуществлять соединения между каналами (или группами каналов) различных магистралей, оканчивающихся на одном и том же узле (рис. 13.7).

Рисунок 13.7 - Структура составного канала сети ВСС.

СП – система передачи; АТС – автоматическая телефонная станция; УК ‑ узел коммутации; СУ – сетевой узел

Если на всех узлах первичной сети или некоторых из них установить кроссовые соединения, то на базе первичной сети будет создана вторичная некоммутируемая сеть.

В узлы некоммутируемой сети могут включаться абонентские линии, которые соединяются с каналами сети также с помощью кроссовых соединений. Однако в большинстве случаев каналы вторичных сетей являются коллективными для всех или группы абонентских пунктов, включенных в данный узел. На узле в этом случае устанавливается аппаратура коммутации, обеспечивающая подключение абонентской линии к каналу лишь на время передачи информации. Таким образом, на базе вторичной некоммутируемой сети образуется вторичная сеть другого типа — вторичная коммутируемая сеть. Узел, в котором установлена аппаратура коммутации каналов и линий, обеспечивающая подключение абонентских линий к каналам, называется узлом коммутации.

Вторичные коммутируемые сети подразделяются по способу коммутации на:

-         сети с коммутацией каналов,

-         сети с коммутацией сообщений,

-         сети с коммутацией пакетов, кадров и ячеек.

В зависимости от числа абонентов и размеров территории вторичные сети могут иметь различную топологическую структуру. Типовыми структурами вторичных сетей являются:

-         радиальная,

-         полносвязная,

-         радиально-узловая,

-         сочетание радиально-узловой и полносвязной.

13.5. Узлы связи

Для образования путей передачи информации на любой из узлов сети необходимо осуществлять соединения между каналами (или группами каналов) различных магистралей, оканчивающихся на одном и том же узле. Кроме соединения отдельных каналов и магистралей в узлах связи осуществляется ввод/вывод отдельных информационных потоков из транспортной сети к потребителям (рис. 13.8).

Рисунок 13.8 - Схема взаимодействия абонентов через телекоммуникационную сеть

Телекоммуникационные узлы представляют собой организационно-техническое объединение средств и комплексов связи (канального, коммутационного, абонентского и др. оборудования), характеризуемого определенными структурными свойствами и предназначенного для ввода, вывода информации, каналообразования, коммутации каналов связи (сообщений, пакетов) в соответствии с потребностью пользователей (абонентов) сети.

В узлах осуществляется формирование путей передачи информации между оконечными пунктами сети. С этой целью на узле предусматривается возможность непосредственного (для сетей с коммутацией каналов) или косвенного, через промежуточную буферную память (для сетей коммутации сообщений или пакетов), соединения между каналами линий связи, инцидентных (смежных) данному узлу.

Обобщенная структура узла коммутации приведена на рис. 18.3.

Каналы связи от смежных узлов кроссируются непосредственно в кроссе или коммутируются в коммутационном поле узла. Управляющее устройство может воздействовать на коммутационное поле и кросс и хранит, в общем случае, как информацию о свободных, занятых и поврежденных каналах связи, инцидентных данному узлу, так и информацию, используемую при поиске пути установления соединения в коммутационном поле узла. Коммутационное поле по командам УУ обеспечивает оперативное установление соединения между коммутируемыми каналами.

Абонентский КРОСС, обеспечивает возможность подключения оконечных устройств пользователей, терминалов телефонной сети и других абонентских устройств через абонентские линии к коммутационной системе узла.

Посредством коммутационной системы, содержащей коммутационное поле, устройство управления и Кросс каналообразующей аппаратуры, абонентские сигналы коммутируются на входы каналов систем электросвязи различных родов связи (например, волоконно-оптической системы передачи или радиорелейная станция) и т.д. Далее групповые сигналы с выхода каналообразующей аппаратуры передаются соответствующим линиям связи к другим узлам связи.

Рисунок 13.8 - Упрощенная структурная схема узла связи

Посредством коммутационной системы, содержащей коммутационное поле, устройство управления и Кросс каналообразующей аппаратуры, абонентские сигналы коммутируются на входы каналов систем электросвязи различных родов связи (например, волоконно-оптической системы передачи или радиорелейная станция) и т.д. Далее групповые сигналы с выхода каналообразующей аппаратуры передаются соответствующим линиям связи к другим узлам связи.

Применение систем передачи, относящихся к различным родам связи, использовании основных и обходных направлений связи и альтернативной маршрутизации сообщений (соединений при организации составных каналов) обеспечивает высокую живучесть сети связи.

Для передачи различных видов информации на базе каналов первичной сети ВСС, разворачиваются соответствующие вторичные сети по видам передаваемой информации:

-         телефонная сеть,

-         сеть передачи телеметрической информации,

-         сеть передачи сигналов телевидения,

-         сеть телеграфной связи,

-         сеть передачи данных, и др.

Для оказания услуг связи потребители и абоненты осуществляют доступ к узлу связи транспортной сети через сети абонентского доступа (САД). При этом наблюдаются следующие тенденции развития систем абонентского доступа

-         использование существующих медных телефонных линий для предоставления широкополосного доступа средствами модемов xDSL (Digital Subscriber Line) в его различных разновидностях (HDSL, ADSL, VDSL), со скоростями 64 кбит/с – 50 Мбит/с на расстояниях от десятков и сотен метров до нескольких километров;

-         использование технологий: «волокно в дом», «волокно в распределительный шкаф», «волокно в офис» и т. д., обозначаемых FTTx (Fiber To The Home,…), например, пассивной оптической сети PON (Passive Optical Network), основанных на сети волоконно-оптических линий, для организации доступа к любым видам услуг;

-         использование технологий широкополосных радио технологий WiMAX, UMTS, LTE и др. для фиксированного и мобильного доступа с разделением радиочастотных ресурсов по спектру частот, по времени, кодовым разделением, пакетной передачей.

13.6. Этапы развития технологий транспортных и телекоммуникационных сетей

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

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

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

Рисунок 13.9 - Этапы развития телекоммуникационных технологий

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

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

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

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

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

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

Рисунок 13.10 - Эволюция архитектуры телекоммуникационных сетей

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

Рекомендация МСЭ-Т Y.2001 определяет терминологический базис NGN следующим образом:

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

-         управлению,

-         персонализации,

-         созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений,

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

Сеть NGN – сеть с пакетной коммутацией, пригодная для предоставления услуг электросвязи и для использования нескольких широкополосных технологий транспортировки с включенной функцией QoS, в которой связанные с обслуживанием функции не зависят от примененных технологий, обеспечивающих транспортировку [56].

Возможности сети NGN:

-         реализация универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией,

-         вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы,

-         интеграция с традиционными сетями связи.

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

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

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

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

На рис. 13.11 представлена обобщенная архитектура транспортной платформы, в которой указаны возможные источники информационной нагрузки, протоколы согласования и транспортные технологии по информации из работы [57].

Рисунок 13.11 - Обобщенная архитектура оптической мультисервисной транспортной платформы

Обозначения на рис. 13.11 [57]:

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

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

-       IP, Internet Protocol — межсетевой протокол;

-       IPX, Internet Packet eXchange — межсетевой обмен пакетами;

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

-       GMPLS, Generalised MPLS — протокол обобщенной коммутации по меткам;

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

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

-       HDTV, High-Definition Television — телевидение высокой четкости;

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

-       FICON, Fiber Connection — волоконное соединение для передачи данных;

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

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

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

-       GFP, Generic Framing Procedure — процедура формирования общего кадра.

Протоколы PPP, RPR, HDLC, GFP в транспортных сетях выполняют функции согласования информационных данных от источников нагрузки с транспортными структурами с целью повышения эффективности использования ресурсов этих структур, например, виртуальных контейнеров высокого и низкого порядков в сети SDH или оптических каналов в сети OTN, или физических ресурсов кадров передачи сети Ethernet [57].

13.7. Понятие о глобальной сети Интернет

Интерне́т (англ. Internet) — всемирная система объединённых компьютерных сетей, построенная на использовании протокола IP и маршрутизации пакетов данных. Интернет образует глобальное информационное пространство, служит физической основой для Всемирной паутины (World Wide Web, WWW) и множества других систем (протоколов) передачи данных. Часто упоминается как Всемирная сеть и Глобальная сеть, в обиходе иногда употребляют сокращённое наименование Ине́т.

В настоящее время под словом «Интернет» чаще всего имеется в виду Всемирная паутина и доступная в ней информация, а не физическая сеть.

В России День Интернета празднуется 30 сентября.

К середине 2008 года число пользователей, регулярно использующих Интернет, составило около 1,5 млрд человек (около четверти населения Земли). Вместе с подключёнными к нему компьютерами, Интернет служит основой для развития информационного общества.

Свое нача Интернет берет в 1957 году когда Министерство обороны США посчитало, что на случай глобальной войны США нужна надёжная система передачи информации. Агентство передовых оборонных исследовательских проектов США (DARPA) предложило разработать для этого компьютерную сеть. Разработка такой сети была поручена Калифорнийскому университету в Лос-Анджелесе, Стэнфордскому исследовательскому центру, Университету Юты и Университету штата Калифорния в Санта-Барбаре. Компьютерная сеть была названа ARPANET (англ. Advanced Research Projects Agency Network), и в 1969 году в рамках проекта сеть объединила четыре указанных научных учреждения. Все работы финансировались Министерством обороны США. Затем сеть ARPANET начала активно расти и развиваться, её начали использовать учёные из разных областей науки.

Первый сервер ARPANET был установлен 2 сентября 1969 года в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Компьютер Honeywell DP ‑516 имел 24 Кб оперативной памяти.

29 октября 1969 года в 21:00 между двумя первыми узлами сети ARPANET, находящимися на расстоянии в 640 км — в Калифорнийском университете Лос-Анджелеса (UCLA) и в Стэнфордском исследовательском институте (SRI) — провели сеанс связи. Чарли Клайн (Charley Kline) пытался выполнить удалённое подключение к компьютеру в SRI. Успешную передачу каждого введённого символа его коллега Билл Дювалль (Bill Duvall) из SRI подтверждал по телефону.

В первый раз удалось отправить всего три символа «LOG», после чего сеть перестала функционировать. LOG должно было быть словом LOGON (команда входа в систему). В рабочее состояние систему вернули уже к 22:30 и следующая попытка оказалась успешной. Именно эту дату можно считать днём рождения Интернета.

К 1971 году была разработана первая программа для отправки электронной почты по сети.

В 1973 году к сети были подключены через трансатлантический телефонный кабель первые иностранные организации из Великобритании и Норвегии, сеть стала международной.

В 1970-х годах сеть в основном использовалась для пересылки электронной почты, тогда же появились первые списки почтовой рассылки, новостные группы и доски объявлений. Однако в то время сеть ещё не могла легко взаимодействовать с другими сетями, построенными на других технических стандартах. К концу 1970-х годов начали бурно развиваться протоколы передачи данных, которые были стандартизированы в 1982—83 годах. Активную роль в разработке и стандартизации сетевых протоколов играл Джон Постел. 1 января 1983 года сеть ARPANET перешла с протокола NCP на TCP/IP, который успешно применяется до сих пор для объединения сетей. Именно в 1983 году термин «Интернет» закрепился за сетью ARPANET.

В 1984 году была разработана система доменных имён (англ. Domain Name System, DNS).

В 1984 году у сети ARPANET появился серьёзный соперник: Национальный научный фонд США (NSF) основал обширную межуниверситетскую сеть NSFNet (англ. National Science Foundation Network), которая была составлена из более мелких сетей (включая известные тогда сети Usenet и Bitnet) и имела гораздо большую пропускную способность, чем ARPANET. К этой сети за год подключились около 10 тыс. компьютеров, звание «Интернет» начало плавно переходить к NSFNet.

В 1988 году был разработан протокол Internet Relay Chat (IRC), благодаря чему в Интернете стало возможно общение в реальном времени (чат).

В 1989 году в Европе, в стенах Европейского совета по ядерным исследованиям (фр. Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN) родилась концепция Всемирной паутины. Её предложил знаменитый британский учёный Тим Бернерс-Ли, он же в течение двух лет разработал протокол HTTP, язык HTML и идентификаторы URI.

Соавтор Тима Бернерса-Ли по формулировке целей и задач проекта World Wide Web в CERN, бельгийский исследователь Роберт Кайо разъяснял позднее его понимание истоков этого проекта: «История всех великих изобретений, как это давно и хорошо известно, базируется на большом числе им предшествующих. В случае Всемирной паутины (WWW) следовало бы в этом контексте, видимо, отметить по крайней мере два важнейших для успеха проекта пути развития и накопления знаний и технологий: 1) история развития систем типа гипертекста …; 2) Интернет-протокол, который собственно и сделал всемирную сеть компьютеров наблюдаемой реальностью».

В 1990 году сеть ARPANET прекратила своё существование, полностью проиграв конкуренцию NSFNet. В процессе своего развития топология сети Интернет прошла развитие (рисунок 13.12):

1.     Централизованные сети передачи данных.

2.     Ячеистые децентрализованные сети.

3.     Сетевой децентрализованный принцип построения сети.

В том же году было зафиксировано первое подключение к Интернету по телефонной линии (т. н. «дозво́н» — англ. Dialup access).

Рисунок 13.12 – Топологические изменения сети Интернет

Рисунок 13.13 – Эволюционное развитие сети Интернет

В 1991 году Всемирная паутина стала общедоступна в Интернете, а в 1993 году появился веб-браузер NCSA Mosaic. Именно сочетание веб-протокола от Тима Бернерс-Ли, который обеспечивал коммуникацию, и браузера (Mosaic) от Марка Андриссена, который предоставил функционально совершенный пользовательский интерфейс, создало условия для активного интереса к Веб (WWW). За первые 24 месяца, истекшие после появления браузера Моsaic, Web прошел стадию от полной неизвестности до абсолютно мировой распространенности.

В 1995 году сеть NSFNet вернулась к роли исследовательской сети, маршрутизацией всего трафика Интернета теперь занимались сетевые провайдеры, а не суперкомпьютеры Национального научного фонда.

В том же 1995 году Всемирная паутина стала основным поставщиком информации в Интернете, обогнав по трафику протокол пересылки файлов FTP. Был образован Консорциум всемирной паутины (W3C). Можно сказать, что Всемирная паутина преобразила Интернет и создала его современный облик. С 1996 года Всемирная паутина почти полностью подменяет собой понятие «Интернет».

В 1990-е годы Интернет объединил в себе большинство существовавших тогда сетей (хотя некоторые, как Фидонет, остались обособленными). Объединение выглядело привлекательным благодаря отсутствию единого руководства, а также благодаря открытости технических стандартов Интернета, что делало сети независимыми от бизнеса и конкретных компаний.

Рисунок 13.14 – Влияние сети Интернет

К 1997 году в Интернете насчитывалось уже около 10 млн компьютеров, было зарегистрировано более 1 млн доменных имён. Интернет стал очень популярным средством для обмена информацией. В настоящее время подключиться к Интернету можно через спутники связи, радио-каналы, кабельное телевидение, телефон, сотовую связь, специальные оптико-волоконные линии или электропровода. В течение 5 лет Интернет достиг аудитории свыше 50 миллионов пользователей. Другим средствам массовой информации требовалось гораздо больше времени для достижения такой популярности: радио – 38 лет; телевидению – 13 лет. Всемирная сеть стала неотъемлемой частью жизни в развитых и развивающихся странах и оказывает существенно влияние на социальные, экономические и даже политические процессы на Земле.

В настоящее время Интернет состоит из многих тысяч корпоративных, научных, правительственных и домашних компьютерных сетей. Объединение сетей разной архитектуры и топологии стало возможно благодаря протоколу IP и принципу маршрутизации пакетов данных. Протокол IP на котором основано сетевое взаимодействие в Сети Интернет был специально создан независимым по отношению к физическим средам и каналам связи. Это позволило любой вычислительной системе или сети передачи данных, проводной или беспроводной, которая поддерживает инкапсуляцию IP-пакетов, подключаться и передавать трафик Интернет.

На стыках сетей специальные маршрутизаторы (программные или аппаратные) занимаются автоматической сортировкой и перенаправлением пакетов данных, исходя из IP-адресов получателей этих пакетов. Протокол IP образует единое адресное пространство в масштабах всего мира. Такая организация IP-адресов позволяет маршрутизаторам однозначно определять дальнейшее направление для каждого пакета данных. В результате между отдельными сетями Интернета не возникает конфликтов, и данные беспрепятственно и точно передаются из сети в сеть по всей планете.

Сам протокол IP был разработан в организации IETF (англ. Internet Engineering Task Force) - «группе по решению задач проектирования Интернета». IETF и её рабочие группы по сей день занимаются развитием протоколов Всемирной сети. Комитеты IETF публикуют стандарты в виде документов RFC. В этих документах даются технические спецификации и точные объяснения по многим вопросам. Некоторым документам RFC организацией IAB (англ. Internet Architecture Board — Совет по архитектуре Интернета) присваивается статус обязательных стандартов Интернета. С 1992 года IETF, IAB и ряд других интернет-организаций входят в Общество Интернета (англ. Internet Society, ISOC). Общество Интернета предоставляет организационную основу для исследовательских и консультативных групп, занимающихся развитием Интернета.

Однако развитие Интернета ведется не только в направление совершенствования технических систем. Идет интенсивное развитие синтаксического, информационного его наполнения, повышение интеллектуальности его сервисов.

Рисунок 13.15 – Основные направления развития сети Интернет