Доцент кафедры РТ Савочкин Александр Анатольевич 201 9 Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей
План лекции 1 вопрос: Эталонная модель взаимодействия открытых систем. 2 вопрос: Объединение и разделение цифровых потоков. 3 вопрос: Основной цифровой канал. 4 вопрос: Плезиохронная цифровая иерархия.
1 вопрос: Эталонная модель взаимодействия открытых систем В основу многоуровневой архитектуры связи положена концепция эталонной модели взаимодействия открытых систем ( ВОС ; OSI — Open System Interconnection ), обеспечивающая введение единых стандартов на международном уровне для вновь создаваемых информационных сетей. Эталонная модель взаимодействия открытых систем ( ВОС ) разработана в начале 1980-х гг. Международной организацией по стандартизации ( International Organization for Standardization — ISO — ИСО) совместно с Международным союзом электросвязи.
Функции эталонной модели OSI : • представление данных в стандартной форме; • связь между процессами информационного обмена и синхронизация их работы; • управление информационно-вычислительными ресурсами; • контроль ошибок и сохранности данных; • управление базами данных и запоминающими устройствами; • поддержка программ, обеспечивающих технологию передачи и обработки данных; • тестирование и др.
Основная идея модели OSI – применение принципа декомпиляции, т.е. разбиение системы на несколько подсистем меньшего уровня или разбиение сложной задачи на несколько более простых задач (модулей). Декомпиляция требует определения функции каждого модуля и порядка взаимодействия модулей.
Открытая система – система доступная для взаимодействия с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.
Уровни модели OSI
Характеристика уровней: 7. Прикладной – управление терминалами сети и прикладными процессами (приложениями). Например, передача почтовых сообщений по протоколам SMTP и POP ; удаленный доступ Telnet; получение файлов FTP.
Характеристика уровней: 6. Уровень представления – преобразование данных в сети к удобному для прикладных процессов виду. Например, получение графического изображение в формате JPG из потока 0 и 1.
Характеристика уровней: 5. Сеансовый уровень – организует сеанс связи между прикладными процессами. Например, видео информация реализуемая с использованием кодеков одного типа на каждой сетевой станции.
Характеристика уровней: 4. Транспортный уровень – обеспечивает требуемую надежность передачи данных от отправителя к получателю. Например, протокол UDP передает данные без установления соединения, не подтверждает доставку, Протокол TCP устанавливает соединение, подтверждает доставку и при необходимости производит повтор передачи данных.
Характеристика уровней: 3. Сетевой уровень – обеспечивает управление логическим каналом передачи данных, коммутацией каналов, сообщений, пакетов и выполнение мультиплексирования. Например, реализация задач маршрутизации с использование интернет протокола IP.
Характеристика уровней: 2. Канальный уровень – обеспечивает формирование и управление физическим каналом, контроль и исправление ошибок передачи. Например, путем использования Media Access Control (MAC) адреса, связанного с физическим уровнем и Logical Link Control ( LLC), реализуемым на уровне программного драйвера.
Характеристика уровней: 1. Физический уровень – непосредственно обеспечивающий передачу данных в виде электрических, оптических, радио сигналов. Например, определение типа используемых сигналов, напряжения, частоты, реализации разъемов и линий.
Передача данных в OSI производится под управлением коммуникационных протоколов. Протокол – совокупность семантических и синтаксических правил, которые определяют поведение процессов, систем и устройств или их частей, выполняющих конкретные логически связанные функции передачи данных. Протоколы бывают: с установлением соединения; без предварительного установления соединения.
В модели OSI для передачи порций информации используются: кадр – frame, пакет – packet, дейтаграмма – datagram, сегмент – segment.
Стек протоколов - определяет распределение протоколов по уровням модели OSI и относительное расположение протоколов верхних уровней над протоколами нижних уровней.
Пример – Реализация стеков протоколов Представи-тельский Представитель- ский OSI
Принцип передачи информации между уровнями
Протоколы локальной сети Локальная сеть работает на 1 и 2 уровнях OSI, которые определяют архитектуру сети, топологию и тип передающей среды. Регламентированы протоколы стандартами IEEE.
Общий стандарт IEEE 802.1 Управление логическим каналом IEEE 802. 2 Управление доступом к передающей среде 802.3 802.4 802.5 802.11 802.12 802.16 Контроль передачи и определение столкновений Маркерный доступ к моноканалу Маркерный доступ к кольцевой сети Беспроводные сети Wi-Fi Высоко-скоростные сети Сети WiMAX
2 вопрос: Объединение и разделение цифровых потоков Первичные цифровые потоки объединяются и предаются по одному групповому каналу с целью упрощения решения задачи передачи больших объемов информации. Скорость группового потока увеличивается примерно в N раз, где N – количество объединяемых потоков. С помощью обратной операции производится разделение высокоскоростных потоков на парциальные потоки с меньшей скоростью.
Формирование потоков для передачи 1 Прием первичных потоков 1 ’ 2 2’ 3 3’ N N’ … … 4 4 ’ Формирование потоков для передачи 1 Прием первичных потоков 1 ’ 2 2’ 3 3’ N N’ … … 4 4 ’ Устройство объе-динения Устройство разде-ления
Варианты реализации объединении и разделении потоков Синфазно-синхронное объединение. При этом способе объединения каналов скорости потоков равны и совпадают по фазе. Синхронное объединение. Скорости отдельных каналов совпадают, но существует задержка по распространению, и, следовательно, сигналы не синфазны. В этом случае в каждом канале вводятся несколько служебных байт, которые помимо функции синхронизации могут использоваться для передачи служебных команд, Так как эти служебные байты должны быть переданы вместе с информацией, то скорость считывания будет больше, чем при синфазно-синхронном объединении.. Асинхронное объединение. Характеризуется тем, что в этом случае не совпадают скорости потоков, и существует задержка по распространению. Это обусловлено использованием независимых задающих генераторов на передающей стороне.
Основной цифровой канал ( ОЦК ) - это канал со скоростью передачи 64 кбит / с. Определим принципы организации ОЦК. Телефонный канал 1 ) Полоса частот от 300 до 3400 Гц. Следовательно F максимальная = 3400 Гц. По теореме Котельникова F д 2 F м, F д 6800 Гц, F д = 8000 Гц. 3 вопрос: Основной цифровой канал
2) Для обеспечения разборчивости не менее 90 % необходимо использовать 13-ти разрядное кодирование, т.е. N =13, 2 ^13 = 8192 дискрета. При использовании сжатия динамического диапазона ( компандирования ) количество необходимых разрядом уменьшается до 8. N = 8, 2 ^8 = 256 дискрета. В итоге формируется сигнал с импульсно-кодовой модуляцией ( ИКМ ). Технически реализуется с помощью АЦП.
С = 8 × 8000 = 64 000 бит / с АЦП S(t) 300…3400 Гц F д = 80 00 Гц С = 64 кб / с Вывод: скорость основного цифрового канала составляет
4 вопрос: Плезиохронная цифровая иерархия Плезиохронная цифровая иерархия ( ПДИ ), Plesiochronous Digital Hierarchy ( PDH ) это способ организации цифровых систем передачи, использующих мультиплексированный ИКМ сигнал, собранный из многоканальных цифровых потоков. Передаваемые потоки называются плизиохронными, что означает «почти синхронными» из-за допустимых различий в их скорости, или «с почти такой же тактовой частотой». Различия скоростей устраняются добавлением синхронизирующих разрядов, которые распознаются на принимающей стороне.
Формирование потока PDH Мультиплексор ОЦК 1 С n 64 N кбит / с ОЦК 2 ОЦК 3 ОЦК N ... Групповой поток
Метод формирования каналов PDH Временное мультиплексирование (англ. Time Division Multiplexing, TDM) — технология мультиплексирования, в котором несколько сигналов или цифровых потоков передаются одновременно как подканалы в одном коммуникационном канале.
1962 г. - Bell Systems (США) в Чикаго внедрена первая система PDH. Американский стандарт Японский стандарт Европейский стандарт
Сравнительная характеристика стандартов PDH Уровень иерархии Количество каналов по 64 кб / с Американский стандарт, Т Японский стандарт, J Европейский стандарт, Е Первичный 24 24 30 Вторичный 96 96 120 Третичный 672 480 480 Четверичный 4032 1440 1920
Уровень иерархии Скорость передачи групповых сигналов, кбит / с Американский стандарт, Т Японский стандарт, J Европейский стандарт, Е Первичный 1 544 1 544 2 048 Вторичный 6 312 6 312 8 448 Третичный 44 736 32 064 34 368 Четверичный 274 176 97 728 139 264
На территории РФ базовый элемент цифровой иерархии – поток Е1, который формируется на выходе системы первичного уровня (система ИКМ-30). Каждый последующий уровень иерархии объединяет в 4 раза большее количество каналов. Е1 – Е2 – Е3 – Е4 4 4 4
Иерархия европейской системы PDH на уровне структурной схемы ИКМ-30 1 2 3 30 ... Е1 Е1 ИКМ-120 Е1 Е1 Е2 Е2 ИКМ-480 Е2 Е2 Е3 Е3 ИКМ-1920 Е3 Е3 Е4 2,048 Мб / с 8,448 Мб / с 34,368 Мб / с 139,264 Мб / с ТЛФ канал или ОЦК (64 кб / с) 35
Slide-Share