1.2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Первичные сети

Основой для создания сети передачи данных является первичная сеть, которая представляет собой совокупность сетевых узлов, сетевых станций и линий передачи, образующую сеть типовых каналов передачи и типовых групповых трактов.

Каналом передачи называется совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сигналов электросвязи или в определенной полосе частот, или с определенной

скоростью между двумя станциями или узлами. Канал с нормированными параметрами называется типовым.

Групповой тракт — это совокупность технических средств, обеспечивающая передачу сигналов электросвязи или в полосе частот, или со скоростью передачи нормированной группы каналов. Если параметры группового тракта нормированы, то тракт называется типовым. Групповые тракты строятся на основе линий передачи.

Линия передачи первичной сети — это совокупность физических цепей, линейных трактов однотипных и разнотипных систем передачи, имеющих общие среду распространения, линейные сооружения и устройства их обслуживания. Линии передачи различаются в зависимости от первичной сети, к которым они принадлежат, и от среды распространения. В настоящее время наибольшее распространение получили радиорелейные, тропосферные, проводные и спутниковые линии передачи.

Сетевым узлом (СУ) первичной сети называется комплекс технических средств, обеспечивающий:

организацию и транзит типовых групповых трактов и типовых каналов передачи первичной сети;

переключение указанных трактов и каналов, принадлежащих различным линиям передачи;

предоставление необходимого числа каналов и групповых трактов для образования вторичных сетей.

Сетевые станции первичной сети обеспечивают организацию типовых каналов и трактов, предоставление их для образования вторичных сетей и соединения каналов и групповых трактов различных вторичных сетей между собой.

Фрагмент первичной сети с различными линиями передачи изображен на рис. 1.6.

Первичные сети подразделяются на местные, внутренние, зоновые и магистральные.

Часть первичной сети, ограниченная территорией города или сельского района, называется местной первичной сетью.

Внутризоновая первичная сеть — это часть первичной сети, ограниченная территорией, совпадающей с зоной нумерации, и обеспечивающая соединение между собой типовых групповых трактов и типовых каналов передачи разных местных первичных сетей этой зоны. Зона нумерации, как правило, совпадает с административными границами области.

Совокупность внутризоновой первичной и местных первичных сетей на территории, совпадающей с зоной нумерации, образует зоновую первичную сеть.

Часть первичной сети, соединяющая между собой типовые групповые тракты, а также типовые каналы передачи внутризоновых первичных сетей на всей территории страны, образует магистральную первичную сеть.

Сетевым узлам и линиям передачи присваиваются наименования в соответствии с тем, какой первичной сети они принадлежат.

Важным понятием, относящимся к первичным сетям, является система передачи, под которой понимается совокупность линейного тракта, типовых групповых трактов и каналов передачи первичной сети. Система передачи включает станции системы передачи и среду распространения.

Рис. 1.6

АГО — аппаратура группообразования; АУ — аппаратура уплотнения; УДК — устройство долговременной коммутации; СУ — сетевой узел; ТКП — типовой канал передачи

В системах передачи с частотным разделением каналов (ЧРК) для передачи сигналов по каждому из каналов выделяется определенная полоса частот. Системы передачи, в которых для передачи сигналов по каждому из каналов в линейном тракте отводятся определенные интервалы времени, называются системами с временным разделением каналов (ВРК).

На современном этапе в магистральных первичных сетях большее распространение имеют системы с частотным разделением каналов. Системы с временным делением внедряются преимущественно в местных первичных сетях.

Основными характеристиками первичных сетей независимо от используемых систем передачи являются:

структура, определяющая взаимное расположение сетевых узлов станций и линий передачи без учета их положения на местности;

топология — структура с учетом реального положения на местности;

мощность, определяемая числом типовых каналов или суммарной шириной спектра частот всех каналов связи в линии передачи;

живучесть, которая определяет устойчивость линий передачи и узлов первичной сети к повреждениям.

Устойчивость от повреждений определяется технической надежностью оборудования, устойчивостью от стихийных бедствий и рядом других факторов.

Вторичные сети. Технические комплексы сетей передачи данных

Первичные сети служат основой для создания различного рода вторичных сетей. Вторичные сети, создаваемые для различных ведомств, называются ведомственными. В этом случае на первичной сети выделяются группы каналов, по которым передаются все виды информации в интересах системы управления, относящейся к ,какому-либо ведомству. Например, на общегосударственной первичной сети может быть организована вторичная сеть, обеспечивающая управление некоторой отраслью народного хозяйства. Каналы такой вторичной сети используются для передачи всех видов информации [6].

По виду передаваемой информации различают, например, вторичные сети телеграфной связи, передачи данных, автоматической междугородной телефонной связи [6].

Ведомственные вторичные сети в ряде случаев также разделяются по виду передаваемой информации.

На рис. 1.7 показан возможный вариант образования ведомственных вторичных сетей.

Рис. 1.7

На базе каналов общегосударственной сети Министерства связи СССР и каналов, образованных подвижными и стационарными средствами ведомства, создается первичная сеть для системы управления этого ведомства. Данная первичная сеть служит основой для создания вторичных сетей по видам передаваемой информации. Таким образом, сеть передачи данных является вторичной сетью первичной сети соответствующего ведомства.

Иногда совокупность вторичных сетей по видам передаваемой информации называют информационной сетью системы управления ведомства.

Сеть передачи данных включает ряд технических комплексов, к одному из которых относится совокупность средств, образующих каналы связи первичной сети, выделенные для создания сети ПД. Выделенные каналы первичной сети обеспечивают лишь потенциальную возможность передачи информации, однако для ее реализации в соответствии с потребностями АСУ необходимо введение ряда дополнительных комплексов. К ним относятся:

1. Комплекс средств, обеспечивающих образование каналов ПД на основе каналов первичной сети. Данный комплекс реализуется в виде совокупности отдельных образцов аппаратуры передачи данных (АПД), каждый из которых обеспечивает образование одного канала ПД и работает по фиксированному алгоритму. Такая реализация называется аппаратурной.

В ряде случаев используется программно-аппаратурная реализация, при которой часть функции АПД выполняется программными методами в специализированных или универсальных ЭВМ.

2. Комплекс технических средств, обеспечивающий целенаправленную передачу сообщений между абонентами сети при выполнении требований АСУ к вероятностно-временным характеристикам задержки. Этот комплекс реализуется как совокупность коммутационных станций и узлов коммутации каналов и сообщений вместе с их программным обеспечением.

3. Комплекс средств контроля состояния технических средств и управления сетью ПД, представляющий собой совокупность организационных и технических служб, а также технических и программных средств, обеспечивающих функционирование сети ПД в изменяющихся условиях.

4. Комплекс средств сопряжения ПД, представляющий собой совокупность устройств и алгоритмов, обеспечивающих электрическое, логическое, кодовое и алгоритмическое согласования различных элементов сети ПД, а также элементов сети с техническими средствами источников и потребителей информации.

Элементы перечисленных комплексов рассредоточены в сети и условно могут быть объединены в проблемно-ориентированные модули (рис. 1.8), каждый из которых выполняет строго определенные задачи по передаче данных и взаимодействию с другими модулями, вычислительной системой, банком данных и терминалами. Независимо от выполняемых функций модули называются функциональными единицами сети (ФЕС).

Модуль связи вычислительной системы (или банка данных) с сетью (СВС) осуществляет взаимодействие между разнородными ЭВМ и сетью ПД. Модуль связи терминала с сетью (СТС) обеспечивает взаимодействие между различными группами терминалов и другими элементами сети. Модуль коммуникационных функций сети (КФС), представляющий собой совокупность узлов

коммутации, обеспечивает доставку информации от отправителя к получателю по каналам первичной сети.

Технические и программные средства ФЕС вместе с их взаимосвязями образуют архитектуру модуля, определяющим для которой является реализованный в сети способ коммутации. В настоящее время ряд модификаций способов коммутации каналов и коммутации сообщений (рис. 1.9) рассматривается в качестве самостоятельных.

Рис. 1.8

Любая из версий коммутации каналов предусматривает два этапа. На первом этапе образуется цепочка из последовательно соединенных каналов связи между абонентами. На втором этапе осуществляется передача информации.

Рис. 1.9

В зависимости от типа каналов, используемых при построении цепочки, можно выделить коммутацию: непрерывных каналов, образованных системами с частотным уплотнением; цифровых каналов, образованных системами с временным уплотнением, и каналов ПД.

При коммутации сообщений реального соединения абонентов не происходит, а информация в виде формализованных сообщений

передается по маршрутам, состоящим из последовательных трактов ПД. Если на некотором этапе тракт занят или находится в состоянии отказа, то сообщение ожидает момента, когда он освободится или будет восстановлен.

Коммутация сообщений реализуется либо в чистом виде, либо как коммутация пакетов. Различают два режима коммутации пакетов: датаграммный и виртуальных соединений.

В сетях с коммутацией датаграмм сообщение, поступая от источника на первый же узел коммутации, разбивается на блоки, к каждому из которых добавляется необходимая служебная информация для передачи по сети. Получаемые таким образом блоки называются пакетами, кодограммами или датаграммами, имеют статус самостоятельных сообщений в сети и передаются по ней независимо друг от друга, возможно, по различным маршрутам.

В узле коммутации (УК), к которому подключен получатель, пакеты одного сообщения накапливаются в общем случае произвольно, что делает необходимым их упорядоченную сшивку перед выдачей абоненту-получателю. При этом возможны так называемые компоновочные блокировки памяти узла, при которых его запоминающие устройства оказываются занятыми несобранными сообщениями и соответственно не могут освободиться, а недостающие пакеты не могут из-за этого быть приняты.

В сетях с виртуальными соединениями перед передачей сообщения между абонентами устанавливается фиксированный маршрут. С этой целью абонентом-отправителем в сопряженный узел коммутации дается заявка на организацию соединения. Сопряженный узел определяет маршрут передачи и выдает команды во все промежуточные центры. Команды содержат номер соединения и номер исходящего тракта для этого соединения. Одновременно по одному и тому же каналу сети организуется несколько соединений с выделением для передачи в каждом направлении определенных временных позиций — виртуального канала, который закрепляется либо жестко, либо по методу статистического уплотнения.

Между соседними УК непрерывно передаются кадры, содержащие пакеты сообщений, сопровождаемые номером соединения. Размеры пакетов могут быть различными. Если в какой-либо момент времени нет очередного пакета для передачи по некоторому виртуальному каналу, то его временная позиция может заниматься пакетом другого сообщения, где пакеты в избытке. В каждом узле коммутации производится разборка пакетов информации для их перераспределения по исходящим виртуальным каналам в соответствии с номерами этих каналов.

При использовании виртуальных соединений пакеты, принадлежащие одному сообщению, поступают последовательно, что снимает проблему их упорядоченной сшивки и опасность компоновочной блокировки.

Ряд исследований, проведенных в последние годы с целью сравнения способов коммутации, а также опыт эксплуатации

сетей ПД позволяют сформулировать следующие наиболее общие рекомендации:

1. С точки зрения эффективности использования каналов коммутация сообщений предпочтительнее, чем коммутация пакетов, которая в свою очередь предпочтительнее коммутации каналов. Преимущество коммутации сообщений по сравнению с коммутацией каналов проявляется значительнее в случае интенсивных потоков сообщений небольшого объема. Исходя из этого коммутация сообщений и коммутация пакетов используются в сетях при высоких интенсивностях! потоков сравнительно коротких сообщений. Коммутация каналов применяется при незначительных интенсивностях потоков сообщений большого объема.

2. При выборе между коммутацией пакетов и коммутацией сообщений следует исходить из того, что в сетях с коммутацией пакетов могут быть достигнуты значения задержки сообщений, в несколько раз меньшие, чем в сетях с коммутацией сообщений.

3. Коммутация пакетов или коммутация сообщений должна использоваться в сетях передачи данных при необходимости обеспечения многоадресных передач, приоритетного обслуживания сообщений, а также при высоких требованиях к надежности и верности доставки. Последнее объясняется наличием в таких сетях контроля и защиты от ошибок на всех этапах передвижения сообщений по сети. При этом следует учитывать, что приоритетное обслуживание и многоадресные передачи реализуемы только в датаграммном режиме сетей с пакетной (коммутацией.

Вопрос об использовании сетей ПД с коммутацией каналов в настоящее время достаточно не изучен, однако можно предположить, что такой режим окажется эффективным для передачи очень больших объемов информации при высоких требованиях к верности. В сетях с коммутацией первичных каналов обеспечить высокую верность достаточно сложно ввиду низкого качества составных каналов.

Если абоненты предъявляют различные требования к процессу передачи информации и потоки передаваемых ими сообщений имеют различные интенсивности и объемы, то может оказаться целесообразным совместное использование различных способов коммутации. При этом обычно предусматривается единый узел коммутации с предоставлением абонентам возможности самостоятельного выбора способа коммутации.