Передача цифровой информации. Асинхронная и синхронная цифровая передача

Информация и каналы связи

Основное назначение коммуникаций — обмен сообщениями. Сообщение — это некоторая логически законченная совокупность сведений о состоянии какой-либо материальной системы. Сообщение должно содержать информацию, т.е. совокупность сведений, снимающих неопределенность. Для передачи сообщений необходим носитель, природа и характеристики которого определяются физической средой между источником и получателем информации — линией связи. Обычно носителем является электромагнитное поле. Для того чтобы носитель мог выполнять свою функцию — передачу информации, его характеристики должны иметь возможность меняться. Между характеристиками носителя и сообщением существует однозначная зависимость. Такой носитель называется сигналом. После того, как получатель принял информацию, он может извлечь ее, зная закон соответствия сигналов и сообщений. Передача сообщения включает следующие процедуры: - преобразование из неэлектрической формы в электрическую;

- первичное кодирование;

- преобразование с целью согласования характеристик сигнала с характеристиками канала связи;

- передача сигнала;

- декодирование;

- обратное преобразование для восприятия сообщения.

Сигналы по своей природе можно разделить на аналоговые (с непрерывными значениями функции) и цифровые (с дискретными значениями). Канал связи, предназначенный для передачи аналоговых сигналов, соответственно, называется аналоговым, а для передачи цифровых сигналов – цифровым. Аналоговые сигналы можно преобразовать в цифровые с помощью процесса квантования и дискретизации, при котором весь диапазон значений аналогового сигнала разбивается на определенное количество непересекающихся областей так, что все значения сигнала, попадающие в одну из этих областей, заменяются одним дискретным значением. Квантование при этом происходит только по какому-то параметру сигнала, например, по амплитуде, а дискретизация по времени. Второй этап преобразования сообщения в сигнал — кодирование — заключается в преобразовании букв, чисел, знаков в символы некоторого другого алфавита. Правило этого преобразования называется кодом.

Цифровые сигналы имеют более широкий спектр, чем ширина полосы пропускания аналогового канала. Для передачи цифровых сигналов по аналоговым каналам связи необходимо согласовать их по частоте с помощью цифровых модемов, в которых модулируемые параметры сигнала имеют только фиксированные значения из некоторого определенного набора.

Отметим, что по каналам связи передается, как правило, интегральная информация, носителями которой являются речь, звуки и музыка, статическая и динамическая видеографика, текстовые данные и т.д., что повышает требования к каналам передачи информации.

 

Стандартные стеки коммуникационных протоколов

Важнейшим направлением стандартизации в области информационных сетей является стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время в сетях используется большое количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBios/SMB, DECnet, SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях — физическом и канальном — используют одни и те же хорошо стандартизированные протоколы: Ethernet, Token Ring и FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. На верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам.

Стек OSI

Существует различие между моделью OSI и стеком OSI. Модель OSI является концептуальной схемой взаимодействия открытых систем, а стек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью соответствует модели OSI, включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На нижних уровнях стек OSI поддерживает Ethernet, Token Ring, FDDI, протоколы глобальных сетей, Х.25 и ISDN, то есть использует разработанные вне стека протоколы нижних уровней, как и все другие стеки. Протоколы сетевого, транспортного и сеансового уровней стека OSI специфицированы и реализованы различными производителями, но распространены пока мало. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы спра- вочной службы Х.500, электронной почты Х.400 и ряд других. Из-за своей сложности протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, что делает их наиболее подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных компьютеров. Стек OSI — международный, независимый от производителей стандарт.

Стек TCP/IP

Стек TCP/IP был разработан для связи экспериментальной сети ARPAnet с другими сетями как набор общих протоколов для разнородной вычислительной среды. Популярность операционной системы UNIX привела к широкому распространению протоколов TCP, IP и других протоколов стека. Сегодня этот стек используют для связи компьютеров всемирной сети Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей. Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных — протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, PPP, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN. Основными протоколами стека являются IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, а TCP гарантирует надежность его доставки. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, гипертекстовые сервисы службы WWW, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet и многие другие. Существует большое количество локальных, корпоративных и территориальных сетей, непосредственно не являющихся частями Internet, в которых также используют протоколы TCP/IP. Эти сети называют сетями TCP/IP или просто IP-сетями. Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, дающих ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, делающим возможным применение этого протокола в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Другой особенностью технологии TCP/IP является гибкая система адресации, позволяющая более просто по сравнению с другими протоколами аналогичного назначения включать в интерсеть сети других технологий. В стеке TCP/IP очень экономно используются возможности широковещательных рассылок. Однако все это осуществляется за счет высоких требований к ресурсам и сложности администрирования IP-сетей. Мощные функциональные возможности протоколов стека TCP/IP требуют для своей реализации высоких вычислительных затрат.

Стек IPX/SPX

Этот стек разработан для сетевой операционной системы NetWare. Протоколы сетевого и сеансового уровней Internetwork Packet Exchange (IPX) и Sequenced Packet Exchange (SPX) являются прямой адаптацией и протоколов XNS фирмы XEROX. Стек IPX/SPX непосредственно связан с операционной системой Novell NetWare, которая широко используется. Стек IPX/SPX предназначен для работы в локальных сетях небольших размеров, состоящих из персональ- ных компьютеров с небольшими ресурсами. Следовательно, на реализацию протоколов IPX/SPX требовалось минимальное количество оперативной памяти (ограниченной в IBM совместимых компьютерах под управлением MS-DOS объемом 640 кб и быстро работающей на процессорах большой вычислительной мощности). В результате протоколы стека IPX/SPX до недавнего времени хорошо работали в локальных сетях, но не очень хорошо в больших корпоративных сетях, т.к. слишком перегружали медленные глобальные связи широковещательными пакетами, которые интенсивно используются несколькими протоколами этого стека. Это обстоятельство ограничивало распространенность его только сетями NetWare. Сейчас стек IPX/SPX реализован не только в NetWare, но и в нескольких других популярных сетевых ОС, например SCO UNIX, Sun Solaris, Microsoft Windows NT.

 

Стек NetBios/SMB

На физическом и канальном уровнях этого стека используются все наиболее распространенные протоколы: Ethernet, Token Ring, FDDI и другие. На верхних уровнях работают протоколы NetBEUI и SMB. Протокол NetBIOS (Network Basic Input/output System) появился в 1984 году как сетевое расширение стандартных функций базовой системы ввода-вывода (BIOS), IBM PC для сетевой программы PCNetwork фирмы IBM. В дальнейшем этот протокол был заменен так называемым протоколом расширенного пользовательского интерфейса NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface). Для обеспечения совместимости приложений в качестве интерфейса к протоколу NetBEUI был сохранен интерфейс NetBIOS. Протокол NetBEUI разрабатывался как эффективный протокол, потребляющий немного ресурсов и предназначенный для сетей, насчитывающих не более 200 рабочих станций. Этот протокол содержит много полезных сетевых функций, которые можно отнести к сетевому, транспортному и сеансовому уровням модели OSI, однако с его помощью невозможна маршрутизация пакетов. Это ограничивает применение протокола NetBEUI локальными сетями, не разделенными на подсети, и делает невозможным его использование в составных сетях. Некоторые ограничения NetBEUI снимаются реализацией этого протокола NBF (NetBEUI Frame), которая включена в операционную систему Microsoft Windows NT. Протокол SMB (Server Message Block) выполняет функции сеансового, представительного и прикладного уровней. На основе SMB реализуется файловая служба, а также службы печати и передачи сообщений между приложениями. Стеки SNA фирмы IBM, DECnet корпорации Digital Equipment и AppleTalk/AFP фирмы Apple применяются в основном в операционных системах и сетевом оборудовании этих фирм.

 

Локальные сети

Локальные сети передачи данных (LAN) служат для объединения компьютеров, территориально расположенных либо в одном здании, либо в близко расположенных зданиях. В локальной сети из-за коротких расстояний, скорость передачи очень высокая. Вся процедура передачи концентрируется на первом и втором уровнях модели OSI/ISO, отвечающих за работу сети. Поэтому протоколы верхних уровней в большинстве случаев одни и те же как для локальных, так и для глобальных сетей. В локальных сетях топология проста и не зависит от интенсивности передаваемой нагрузки. Наиболее распространенными являются звезда, кольцо и шина. Для передачи данных используется топология шина и кольцо.

Схематично шину можно представить как единый кабель, проходящий через все комнаты офиса, а компьютеры подключены к нему отдельным проводом и для подключения к шине существует специальный разъем. При кольцевой топологии все рабочие станции оказываются соединенными последовательно.

Для работы в сети компьютеру необходима сетевая плата, реализующая конкретный протокол сети. Протоколы у каждой технологии разные, но общими являются адреса отправителя и получателя, находящиеся в заголовке. Этот адрес называется MAC-адресом (Medium Access Control), управляющий доступом к среде передачи. МАС-адрес любой сетевой платы или любого порта локальной сети уникален. Его записывают на фирме и каждому предприятию выделяют свой диапазон МАС адресов, в рамках которого они и работают.

Компьютерная сеть состоит из трех основных аппаратных компонент и двух программных, которые должны работать согласованно. Для корректной работы устройств в сети их нужно правильно инсталлировать и установить рабочие параметры.

Основными аппаратными компонентами сети являются следующие:

1. Абонентские системы:

· компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы);

· принтеры;

· сканеры и др.

2. Сетевое оборудование:

· сетевые адаптеры;

· концентраторы (хабы);

· мосты;

· маршрутизаторы и др.

3. Коммуникационные каналы:

· кабели;

· разъемы;

· устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях.

Основными программными компонентами сети являются следующие:

1. Сетевые операционные системы (например, Windows NT, NetWare, Unix, Linux и др.).

2. Сетевое программное обеспечение (Сетевые службы):

· клиент сети;

· сетевая карта;

· протокол;

· служба удаленного доступа.

ЛВС (локальная вычислительная сеть) – это совокупность компьютеров, каналов связи, сетевых адаптеров, работающих под управлением сетевой операционной системы и сетевого программного обеспечения.

В ЛВС каждый ПК называется рабочей станцией, за исключением одного или нескольких компьютеров, которые предназначены для выполнения функций файл-серверов. Каждая рабочая станция и файл-сервер имеют сетевые карты (адаптеры), которые посредством физических каналов соединяются между собой. В дополнение к локальной операционной системе на каждой рабочей станции активизируется сетевое программное обеспечение, позволяющее станции взаимодействовать с файловым сервером.

Компьютеры, входящие в ЛВС клиент – серверной архитектуры, делятся на два типа: рабочие станции, или клиенты, предназначенные для пользователей, и файловые серверы, которые, как правило, недоступны для обычных пользователей и предназначены для управления ресурсами сети.

Аналогично на файловом сервере запускается сетевое программное обеспечение, которое позволяет ему взаимодействовать с рабочей станцией и обеспечить доступ к своим файлам.

Рабочая станция (workstation) – это абонентская система, специализированная для решения определенных задач и использующая сетевые ресурсы. К сетевому программному обеспечению рабочей станции относятся следующие службы:

· клиент для сетей;

· служба доступа к файлам и принтерам;

· сетевые протоколы для данного типа сетей;

· сетевая плата;

· контроллер удаленного доступа.

Сервер – это компьютер, предоставляющий свои ресурсы (диски, принтеры, каталоги, файлы и т.п.) другим пользователям сети.

Файловый сервер обслуживает рабочие станции. Но иногда в малых ЛВС файл–сервер используется еще и в качестве рабочей станции. На файловом сервере должна стоять сетевая операционная система, а также сетевое программное обеспечение. К сетевому программному обеспечению сервера относятся сетевые службы и протоколы, а также средства администрирования сервера.

Файловые серверы могут контролировать доступ пользователей к различным частям файловой системы. Это обычно осуществляется разрешением пользователю присоединить некоторую файловую систему (или каталог) к рабочей станции пользователя для дальнейшего использования как локального диска. По мере усложнения возлагаемых на серверы функций и увеличения числа обслуживаемых ими клиентов происходит все большая специализация серверов.

Сетевые операционные системы ( Network Operating System – NOS) – это комплекс программ, обеспечивающих в сети обработку, хранение и передачу данных.

Для организации сети кроме аппаратных средств, необходима такжесетевая операционная система. Операционные системы сами по себе не могут поддерживать сеть. Для дополнения какой-нибудь ОС сетевыми средствами необходима процедура инсталляции сети.

Сетевая операционная система необходима для управления потоками сообщений между рабочими станциями и файловым сервером. Онаявляется прикладной платформой, предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, реализуемых в сетях. NOSиспользуют архитектуру клиент–сервер или одноранговую архитектуру.

NOSопределяет группу протоколов, обеспечивающих основные функции сети. К ним относятся:

· адресация объектов сети;

· функционирование сетевых служб;

· обеспечение безопасности данных;

· управление сетью.

Клиент для сетей обеспечивает связь с другими компьютерами и серверами, а также доступ к файлам и принтерам.

Сетевая карта является устройством, физически соединяющим компьютер с сетью. Для каждой сетевой карты устанавливаются свои драйверы, значение IRQ (требования к прерыванию) и адреса ввода/вывода.

Протоколы используются для установления правил обмена информацией в сетях.

Служба удаленного доступа позволяет делать файлы и принтеры доступными для компьютеров в сети.

Применение многопользовательских версий прикладных программ резко увеличивают производительность. Многие системы управления базами данных позволяют нескольким рабочим станциям работать с общей базой данных. Большинство деловых прикладных программ также являются многопользовательскими.

Защита данных от несанкционированного доступа при работе в ЛВС необходима по следующим причинам:

Необходимость обеспечения гарантии от разрушений. При работе в сети неопытных пользователей возможно уничтожение файлов и каталогов.

Необходимость защиты конфиденциальности. Далеко не всегда есть желание, чтобы частная информация была доступна всем;

Необходимость защиты от мошенничества. Некоторые расчетные ведомости несут в себе большие денежные суммы, и бывает, пользователи поддаются искушению выписать чек на свое имя.

Необходимость защиты от преднамеренных разрушений. В некоторых случаях раздосадованный работник может испортить какую-нибудь информацию.

Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы, повторители. Для связей между сегментами локальной вычислительной сети используются концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы и шлюзы.

Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются:

специальные выходы (WAN–порты) мостов и маршрутизаторов;

аппаратура передачи данных по длинным линиям – модемы (при работе по аналоговым линиям);

устройства подключения к цифровым каналам (TA – терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).

 

Сети Ethernet

Технология Ethernet предназначена для работы только в шинных топологиях. Все рабочие станции подключены параллельно к общему кабелю. Обмены данными между любыми парами машин происходит по нему. Кабель является средой так называемого множественного доступа. Все протоколы управления локальной сетью согласно модели открытых систем находятся на втором уровне и поэтому все то, что поступает на вход протокола, является пользовательскими данными. Эти данные на передающей станции запаковываются в кадры, в заголовке которого необходимо указать адрес получателя. После того как кадр сформирован (к поступившему блоку данных добавлен заголовок), он посылается в кабель. Система Ethernet использует способ множественного доступа с прослушиванием несущей и обнаружением коллизий (МДКН/ОК).

Шинная технология имеет ограничения параметров передаваемых кадров и протяженности шины. Минимально возможный интервал ожидания между обнаружением коллизии и возобновлением передачи должен быть не меньше, чем максимальное удвоенное время распространения сигнала. С другой стороны, это время влияет и на минимально допустимый размер кадра. Поэтому на шине Ethernet минимальная длина кадра составляет 64 байта, что вычисляется исходя из скорости работы сети (10мбит/с) и максимальной протяженности шины (2.5 км).

Сети Token Ring

Другим способом управления доступом к среде передачи является управление с помощью маркера (token), который проходит от одной рабочей станции к другой в соответствии с заданным набором правил. Он воспринимается каждой станцией и задерживается в ней на некоторое время. Любая станция может начать передачу только тогда, когда она завладела маркером. После того, как кадр был передан, маркер должен быть отдан следующей станции. Последовательность действий получается следующей: формируется логическое кольцо, связывающее все станции и создается один маркер; маркер проходит от станции к станции по кольцу до тех пор, пока не достигнет станции, ожидающей разрешения на передачу; cтанция передает кадры данных, после чего передает маркер дальше по кольцу.

Кольцо должно быть организовано так, чтобы при выключении питания одной из станций оно оставалось бы неразорванным.

Особенностью системы Token Ring является то, что в ней не может быть коллизий, поскольку в каждый момент времени только одна станция может передавать данные, которая в данный момент имеет у себя маркер. Кадр проходит по кольцу и каждая станция, принимая его, анализирует адрес получателя. Если кадр адресован не ей, то он передается дальше по кольцу до тех пор, пока не достигнет станции назначения. В кольце могут находиться одновременно много кадров, правда, все они будут находиться в разных звеньях кольца и поэтому не будут мешать друг другу.

Глобальные сети

 Составная сеть (Internetwork) образуется при соединении двух или нескольких сетей, за организацию которых отвечает сетевой уровень (по стандарту OSI/ISO), в функции которого входит решение следующих задач: передача пакетов между конечными узлами в составных сетях; выбор маршрута передачи пакетов, наилучшего по некоторому критерию; согласование разных протоколов канального уровня, использующихся в отдельных подсетях одной составной сети.

Сети, входящие в составную сеть, называются подсетями, составляющими сетями или просто сетями. Компонентами составной сети могут являться как локальные, так и глобальные сети. В составную сеть могут входить сети различных технологий: как локальные сети (Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI), так и глобальные сети (frame relay, X.25, ЦСИО). Каждая из этих технологий может организовать взаимодействие всех узлов в своей подсети, но не способна построить информационную связь между произвольно выбранными узлами, принадлежащими разным подсетям. Поэтому для организации взаимодействия между любой произвольной парой узлов составной сети требуются средства, которые предоставляет сетевой уровень. Сетевой уровень организует работу всех подсетей, лежащих на пути продвижения пакета по составной сети. Для перемещения данных в пределах подсетей сетевой уровень обращается к используемым в этих подсетях технологиям. Сетевой уровень имеет собственную систему адресации (номер сети и номер узла), не зависящую от способов адресации узлов в отдельных подсетях и позволяющую идентифицировать любой узел составной сети.

Когда две и более сети организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия называют межсетевым взаимодействием.

Типы глобальных сетей

Принято различать следующие виды глобальных сетей: сети на основе выделенных каналов (каналы дальней связи); на основе коммутации каналов (телефонные сети); на основе коммутации пакетов.

Выделенные аналоговые линии

Обеспечивают готовый к немедленному использованию коммуникационный канал. Арендуемая телефонная линия быстрее и надежнее, чем коммутируемое соединение, хотя и дороже. Для аналоговых сетей с коммутацией каналов характерна неустойчивость соединения. Каждый сеанс связи полностью зависит от качества каналов, скоммутированных для этого конкретного сеанса. Достоинством сетей с коммутацией каналов является их распространенность. Недостатком аналоговых телефонных сетей является низкое качество составного канала, которое объясняется использованием телефонных коммутаторов устаревших моделей. На такие коммутаторы сильно воздействуют внешние помехи.

Цифровые выделенные линии

Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в первичных сетях, работающих на принципе разделения канала во времени — ТДМ. Существует два поколения технологий первичных цепей — технология плезиосинхронной (почти) цифровой иерархии (PDH) и более поздняя технология синхронная цифровая иерархия (SDH/SONET).

Структура потока Е1

Канал Е1 - первичный канал иерархии PDH - является основным каналом, используемым во вторичных сетях телефонии, передачи данных и ISDN. По сравнению с остальными каналами иерархии PDH этот канал имеет несколько особенностей, связанных с его использованием, а именно сверхцикловую структуру и канал сигнализации, используемый во вторичных сетях цифровой телефонии и ISDN.

Остальные каналы иерархии PDH имеют только цикловую структуру. Такое отличие канала Е1 обусловлено его функцией в современной первичной сети - канал Е1 обычно является "пограничным" каналом между первичной и вторичными сетями. Структура систем передачи Е1 включают три уровня эталонной модели OSI: физический, канальный и сетевой. Физический уровень описывает электрический интерфейс потока Е1, а также параметры сигнала Е1. Канальный уровень описывает процедуры мультиплексирования и демультиплексирования каналов более низкого уровня иерархии (ОЦК 64 кбит/с и каналов ТЧ) в поток Е1, цикловую и сверхцикловую структуру потока Е1, встроенные процедуры контроля ошибок и т.д. Наконец, сетевой уровень описывает процедуры управления каналами Е1 в первичной сети, а также контроль параметров ошибок на сетевом уровне. Этот уровень является относительно неполным и включает всего лишь несколько процедур. Основным же для рассмотрения систем передачи Е1 является структура канального уровня. Рассмотрим более подробно структуру каждого из трех уровней систем Е1.

Физический уровень Е1

Физический уровень Е1 включает в себя описание электрических параметров интерфейсов Е1 и параметров сигналов передачи, включая структуру линейного кода.

Канальный уровень Е1

Параметры канального уровня потока Е1 включают в себя цикловую и сверхцикловую структуру потока, описание процедур контроля ошибок по цикловому избыточному коду (CRC), а также описание процедур мультиплексирования и демультиплексирования каналов ТЧ в поток Е1. Последние включают в себя процедуры дискретизации, квантования и компандирования аналогового сигнала.

Цикловая и сверхцикловая структура Е1

При передачи по первичной сети цифровой поток преобразуется в блоки стандартной логической структуры - циклы. Цикловая структура обеспечивает работу процедур мультиплексирования и демультиплексирования, передачу управляющей информации, а также встроенную диагностику по параметру ошибок в цифровой системе передачи. Существует три основных варианта цикловой структуры Е1: неструктурированный поток, с цикловой структурой и с цикловой и сверхцикловой структурой.

Неструктурированный поток Е1 используется в сетях передачи данных и не имеет цикловой структуры, т.е. разделения на каналы (обычно это мультиплексирование каналов ОЦК - 64 кбит/с).

Поток Е1 с цикловой структурой предусматривает разделение на 32 канала ОЦК по 64 кбит/с в форме разделения на канальные интервалы (Time Slot - TS) от 0 до 31. Для каждого канального интервала в составе цикла отводится 8 битов, таким образом длина цикла равна 256 битов, что при заданной скорости передачи Е1 составляет 125 мкс (длительность одного цикла). Нулевой канальный интервал отводится под передачу сигнала цикловой синхронизации FAS (Frame Alignment Signal).

Структура цикла FAS представлена на рисунке ниже. Различаются четные и нечетные циклы. В TS0 нечетных циклов передается сигнал FAS (на рисунке - первая строчка), который включает в себя последовательность цикловой синхронизации 0011011 и один служебный бит, зарезервированный под задачи международного использования. В TS0 четных циклов передается сигнал NFAS, не содержащий кодовую последовательность цикловой синхронизации.

Первая строка содержит сигнал FAS

Вторая строка содержит сигнал NFAS

Sn = биты, зарезервированные под задачи национального использования

Si = биты, зарезервированные под задачи международного использования

Последовательность FAS = 0011011

В составе сигнала NFAS передается бит Si, зарезервированный под задачи международного использования, бит А, используемый для передачи сигналов о неисправностях, а также пять служебных битов Sn4, Sn5, Sn6, Sn7, Sn8,используемые для передачи сигналов сетевого управления первичной сети Е1, диагностики и дополнительных процедур контроля ошибок.

В отечественной терминологии вариант потока Е1 с цикловой структурой получил название ИКМ-31. Он используется в ряде систем передачи данных, а также в некоторых приложениях ISDN и B-ISDN. В ряде случаев аппаратура передачи/приема Е1 использует еще и шестнадцатый канальный интервал (TS-16) для передачи информации о сигнализации, связанной с разговорным каналом (сигнализации CAS).

В этом случае поток Е1 имеет дополнительно к цикловой структуре еще и сверхцикловую структуру (MFAS - Multi Frame Alignment Signal). В отечественной терминологии такой вариант цикловой структуры Е1 получил название ИКМ-30. При этом 16 циклов объединяются в сверхцикл размера 4096 битов и длительностью 2 мс. Когда идет передача/прием информации в виде сверхциклов MFAS, индивидуальная информация FAS каждого цикла теряет значимость. Необходимо рассматривать всю информацию FAS - 16 циклов.

Первый цикл содержит информацию MFAS о сверхцикле в шестнадцатом канальном интервале, а остальные 15 интервалов используются для передачи сигнальной информации. Структура MFAS показана на рисунке.

Сигнал MFAS=0000XYXX

X- запасные биты (1 обычно не используется)

Y- удаленная неисправность MFAS (равно 1 в случае, если потеряна сверхцикловая синхронизация)

Сетевой уровень Е1

Стандартизация систем передачи Е1 охватывает также третий, сетевой уровень, где осуществляются процедуры управления первичной сетью. При работе процедур управления, они широко используют сигналы о неисправностях, генерируемые в современных цифровых системах передачи, а также сигналы о возникновении ошибок, фиксируемые встроенными средствами диагностики. Эта информация собирается в узлах системы управления и обрабатывается. Таким образом, сетевой уровень Е1 включает в себя набор определенных служебных сигналов и сообщений, используемых системой управления первичной сетью. Такие сообщения делятся на три категории:

• сообщения о возникновении ошибок в системе передачи;
• сообщения о неисправностях, возникающих в системе передачи;
• сообщения, используемые для реконфигурации первичной сети и восстановлении плана синхронизации.

Абонентские линии ЦСИО

Хотя передача цифровой информации по существующим аналоговым абонентским линиям начала применяться уже давно, например, при факсимильной связи, возможности передающей среды использовались далеко не полностью. Факсимильное сообщение передавалось на частотах разговорного канала, аскорость передачи, в лучшем случае, составляла 28.8 Кбит/с, причем для большинства абонентских линий были доступны только 9.6 Кбит/с.

Цифровая абонентская линия может обеспечить гораздо большие скорости передачи почти по всем медным парам и с меньшей, чем при связи в полосе тональных частот, стоимостью. Имеются и некоторые другие преимущества цифровых линий перед аналоговыми: легкость мультиплексирования нескольких разговорных каналов по принципу временного уплотнения, простота кодирования, новые возможности абонентской сигнализации, использование современной элементной базы и т.п. Справедливости ради следует отметить и некоторые недостатки цифровой передачи: неизбежные искажения при преобразовании исходных речевых сигналов в цифровой формат, более жесткие требования к полосе пропускания, проблемы с эхом из-за увеличения задержек и др.

Столь основополагающее понятие, как универсальная цифровая сеть с интеграцией служб электросвязи, требует предварительного международного соглашения. После обсуждения в мировом масштабе в МККТТ были определены следующие основные показатели цифровой сети с интеграцией служб ISDN (Integrated Services Digital Network).

1. Основой ISDN является цифровизируемая телефонная сеть, т.е. сеть на базе цифровых телефонных каналов 64 Кбит/с. Поэтому по сути ISDN – сеть с коммутацией каналов, однако в ней возможна также передача данных с коммутацией пакетов.

2. Соединения от абонента к абоненту проходят по непрерывному цифровому каналу.

3. Основной доступ (BRI или BA) для одного пользователя предусматривает образование в обоих направлениях по два основных канала 64 Кбит/с (B - каналы) и одному вспомогательному каналу 16 Кбит/с (D - канал) по 4-килогерцной проводной линии; соединения через оба канала 64 Кбит/с могут быть организованы в различных направлениях. Кроме того, определен первичный доступ (PRI), который в зависимости от применяемой системы передачи может охватывать до 24 или 30 информационных каналов 64 Кбит/с и один вспомогательный канал 64 Кбит/с. Основной и первичный доступ могут быть организованы на парах медных жил существующих абонентских линий. Если использовать оптические волокна, то в ISDN можно также сформировать понятия доступа, содержащего широкополосные каналы, например, для передачи подвижных изображений.

4. Каждая установка пользователя имеет только один номер для вызова независимо от количества и вида служб связи (речь, текст, данные, изображения), которыми пользуется абонент.

5. Универсальный стык пользователь – сеть позволяет подключить различные оконечные установки для различных видов информации к единой «штепсельной розетке связи». При этом стандартизованы процедуры пользователя для установления и разрушения соединения.

6. Различные оконечные аппараты одной установки пользователя могут быть включены в конфигурации типа «шина» и «звезда». Сеть организует соединения не только между установками пользователя, но и, кроме того, между теми оконечными аппаратами установок пользователя, которые соответствуют требуемой конкретной службе и являются совместимыми.

Для пользователя ISDN прежде всего важны следующие преимущества.

1. Службы и характеристики ISDN открывают новые возможности ее применения и увеличения числа соединений через сеть связи.

2. Организация двух основных каналов на одной линии пользователя повышает практическую ценность существующих абонентских линий.

3. Единая всеобщая сеть связи с унифицированной для всех служб техникой приводит к унификации эксплуатации и технического обслуживания.

4. Гибкость цифровой сети позволяет также вводить новые службы связи при сравнительно низких затратах.

Итак, основное назначение цифровых абонентских линий ISDN - базовый доступ по двум B-каналам, каждый на скорости 64 Кбит/с, и одному D-каналу на скорости 16 Кбит/с по 4-килогерцной проводной линии и обеспечение интегрированных телекоммуникационных услуг (телефон, факс, данные и пр.). Использование для этой цели телефонных проводов имеет два преимущества: они уже существуют и могут использоваться для подачи питания на терминальное оборудование.

 

Сигнализация по каналу D

DSS-1

Разработанный ITU-T протокол цифровой абонентской сигнализации №1 (DSS-1 - Digital Subscriber Signaling 1) между пользователем ISDN и сетью ориентирован на передачу сигнальных сообщений через интерфейс «пользователь-сеть» по D-каналу этого интерфейса. Международный союз электросвязи (ITU-T) определяет канал D в двух вариантах:

а) канал 16 Кбит/с, используемый для управления соединениями по двум В-каналам;

б) канал 64 Кбит/с, используемый для управления соединениями по нескольким (до 30) В-каналам.

Концепции общеканальной сигнализации протоколов DSS-1 и ОКС-7 весьма близки, но эти две системы были специфицированы в разное время и разными Исследовательскими комиссиями ITU-T, а потому используют различную терминологию.

Архитектура протокола DSS-1 разработана на основе семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (модел