Основы технологии TCP / IP и IP -сети. Модель протоколов TCP-IP. Уровни элементов IP-сети.

Основные понятия IP -телефонии и технологии пакетной коммутации. Принцип статистического мультиплексирования. Понятие мультисервисной сети.

Системы с коммутацией каналов вытесняются системами с коммутацией пакетов. Одна из главных причин состоит в том, что в сетях с пакетной коммутацией ресурсы сети используются значительно лучше, что объясняется применением статистического мультиплексирования. Последнее означает, что по одному и тому же каналу сети передаются пакеты множества пользователей, участвующих в разных соединениях. В этом случае говорят о системе с распределенными между пользователями ресурсами сети. В результате статистического мультиплексирования в сети с пакетной коммутацией появляются задержки [1] в получении переданной информации. В сетях с коммутацией пакетов задержки речи могут достигать нескольких сот миллисекунд. В системах с коммутацией каналов задержки возникают в коммутационных полях и в линейных интерфейсах цифровых АТС, однако эти задержки очень малы (обычно до нескольких миллисекунд) и всегда фиксированы.

Другой причиной перехода на коммутацию пакетов стала возможность передавать по сети разнородный трафик: речь, видео и данные едиными средствами и по единой технологии. Такая сеть, предоставляющая пользователям неограниченный набор услуг, получила название – мультисервисная. В сети ISDN как известно также можно передавать речь, видео и данные, но при этом средства передачи не будут едиными – для предоставления каждой из услуг необходимо иметь отдельные каналы связи, а также использовать разные технологии: на каналах В – коммутацию каналов, а на каналах D – коммутацию пакетов. Применение в сети коммутации пакетов единых средств и единой технологии позволяет пропускать разнородный трафик через одни и те же узлы коммутации и по одним и тем же каналам связи..

Основными элементами сети коммутации пакетов являются узлы коммутации и терминальное (оконечное) оборудование. Узлы коммутации распределяют информацию на сети. Здесь на основе адресной информации выбираются маршруты передачи пакетов: либо к другому узлу сети, либо к терминальному оборудованию.

На сетях с пакетной коммутацией могут использоваться разные технологии, к основным из которых относятся: TCP/IP, АТМ и Frame Relay. Эти технологии отличаются разными возможностями. Мультисервисные сети можно строить с применением технологии TCP/IP или АТМ.

Указанные технологии отличаются по следующим показателям:

- длина пакета: постоянная или переменная;

- установление соединения: с установлением соединения или без установления соединения

- способ доставки сообщений: надежный или ненадежный.

Надежный способ доставки сообщений означает, что сеть обеспечивает достоверную передачу сообщений. При ненадежном способе доставки сообщений на сети нет достоверной передачи сообщений. В пункте доставки на уровне приложения сообщение может быть доставлено с ошибками или/и с потерей части сообщения.

Обе технологии, АТМ и TCP/IP, могут работать как с надежной, так и ненадежной доставкой сообщений. В этих технологиях протокол восстановления сообщений работает в терминальном оборудовании пунктов отправления и доставки сообщения на транспортном уровне модели ВОС. В узлах сети для всех пакетов производится контроль над ошибками и при их обнаружении пакет удаляется.

В технологии АТМ предусмотрено установление соединений, в IP-сетях применяется способ без установления соединения.

При сравнении технологий АТМ и TCP/IP можно отметить, что технология АТМ более сложная и поэтому системы АТМ более дорогие. Это стало одной из причин более широкого распространения технологии TCP/IP.

Система сигнализации QSIG.

Сигнализация QSIG предназначена для использования на стыке двух УПАТС технологической сети связи. Соответствующий интерфейс обозначается как «опорная точка Q», от чего и произошло название данного протокола. Протокол QSIG, так же как EDSS1 и ОКС № 7, обеспечивает поддержку функций цифровой сети с интеграцией услуг.На физическом и канальном уровнях QSIG практически совпадает с EDSS1. Несмотря на то, что этот протокол допускает использование разных трактов для передачи сигнальной информации включая сеть с коммутацией пакетов, наиболее частым объектом его применения является D-канал (КИ16) интерфейса PRI. При этом протоколом звена данных является LAPD, описанный выше.На третьем, сетевом, уровне в QSIG предусмотрены два подуровня. Подуровень базового вызова QSIG- ВС (Basic Call) обеспечивает установление обычных соединений, т.е. соединений без предоставления большинства дополнительных услуг. Подуровень универсальных функций QSIG-GF (Generic Functional Protocol) предназначен для переноса информации о дополнительных услугах.«Идентификатор канала» (Channel Identifier) является обязательным в сообщении SETUP протокола EDSS1 только в том случае, когда это сообщение направлено со стороны сети в сторону пользователя. В сигнализации QSIG указанный параметр обязателен для всех сообщений SETUP, поскольку обе взаимодействующие УПАТС выполняют одинаковые сетевые функции.Последовательность взаимодействия станций, изображенная на рис. 3.32, соответствует способу передачи номера вызываемого абонента «с перекрытием». Цифры переносятся в сообщениях INFORMATION, передаваемых по мере их набора абонентом. Возможен также «блочный» способ, при котором весь номер отправляется в сообщении SETUP после того, как абонент закончит набор. В этом случае встречная сторона обычно не сформирует ответное сообщение SETUP ACKNOWLEDGE, а сразу передает CALL PROCEEDING.Кроме дополнительных услуг, реализованных в EDSS1, QSIG поддерживает услуги, специально ориентированные на пользователей технологических сетей связи: идентификацию имени, вмешательство в соединение, временный запрет входящей связи, услуги телефонистки, услуги мобильной связи и другие. Кроме того, благодаря подуровню QSIG-GF, имеется возможность введения новых услуг, не описанных стандартом. Для этого протоколом предусматривается передача информации, связанной с услугами, посредством необязательного параметра facility (средство) и специального сообщения FACILITY. Параметр facility может вводиться в сообщения, обслуживающие обычные соединения (например, в SETUP). Сообщение FACILITY передается в тех случаях, когда нет других сообщений, которые могли бы нести информацию об услуге.

 

 

Подсистема ISUP

обеспечивает установление соединений на сетях с цифровыми АТС, в которые включаются как цифровые, так и аналоговые абонентские установки. С помощью этой подсистемы также возможна организация разнообразных дополнительных услуг, предоставляемых абонентам. На рис, 3.29 показан пример обмена сообщениями ISUP при установлении соединения между абонентами двух АТС. После того как вызывающий абонент занимает свою абонентскую линию и, услышав сигнал ответа АТС, набирает номер, АТС I определяет направление установления соединения и посылает на встречную станцию начальное адресное сообщение — IAM (Initial Address Message). При условии, что в этом сообщении содержится полный номер вызываемого абонента, АТС 2 отправляет сообщение «адрес полный» — ACM (Address Complete Message). Если вызываемый абонент оказывается свободным, ему посылается вызывной сигнал. В это время вызывающий слышит сигнал контроля посылки вызова (КПВ). Ответ вызываемого абонента инициирует передачу со стороны АТС 2 сообщения «ответ» — ANM (Answer Message), после чего обеими сторонами устанавливается разговорное соединение. Отбой любого из абонентов сопровождается посылкой сообщения об освобождении канала — REL (Release). Встречная сторона, освободив канал, использовавшийся в соединении, информирует об этом сообщением «освобождение завершено» — RLC (Release Complete).

1.5. Виды систем сигнализации по общему каналу и их основные характеристики. Принцип образования общего канала сигнализации в сети связи.

Создание систем коммутации с программным управлением, сопровождавшееся расширением функций АТС, повлекло за собой разработку новых протоколов межстанционной сигнализации, и, как следствие, переход от систем сигнализации по индивидуальным каналам к каналам с общей сигнализацией. Преимущества:

ü Высокая скорость установления соединений;

ü Двухстороннее использование линий пучка;

ü Обслуживание вызовов как местной, так и междугородней сети;

ü Реализация разнообразных дополнительных услуг (не только установление разговорных соединений между двумя абонентами);

ü Снижение числа ошибок при установлении соединений.

В соответствии с МСЭ-Т и ETSI (Европейский институт стандартов) на сети тел.связи общего пользования используются сигнализации: EDSS1, ОКС №7, V5.1 и V5.2.

А на соединительных линиях и междугородных каналах технологических (корпоративных) сетей – QSIG.

 

По картинке:

Протокол EDSS 1 – применяется на цифровых абон.линиях и на линиях, связывающих опорные станции (ОПС) городских сетей с учрежденческо-производственными тел.станциями (УПАТС) технологических сетей небольшой ёмкости.

Сигнализация ОКС №7 – предназначена для организации взаимо-действия коммутационных узлов местных, междугородных и международных (легко запомнить - МММ) сетей. Она может быть также использована на СЛ, связывающих УПАТС с транзитной (ТС) или опорно-транзитной станцией (ОПТС) общегосударственной сети.

Назначением протоколов V5.1(для MUX) и V 5.2 (для концентр.) является сопряжение мультиплексоров и концентраторов с опорной телефонной станцией. Управление установлением соединения возложено на ОПС или ОПТС. Если число абон. линий превышает число ОЦК в каналах Е1 (V 5.2), то закрепление канала за абон.лин-й происходит только на время обсл-я вызова.

Протокол QSIG во многом совпадает с EDSS1. Отличия:

ü Одинаковые права двух взаимодействующих коммут. узлов (УПАТС - УПАТС);

ü Различия в области организации доп.услуг и способа ввода новых услуг.

Кроме того QSIG, предназначенный для тех же целей, что и ОКС №7 намного проще в реализации из-за наличия меньшего количества подсистем.

Принцип образования общего канала сигнализации в сети связи.

Для организации ОКС на физическом уровне в цифровых каналах Е1, связывающих телефонные станции, выделяется один или несколько канальных интервалов, которые используются исключительно для передачи сигнальной информации. Число канальных интервалов ОКС определяется в зависимости от интенсивности потока вызовов, обслуживаемого в соответствующем направлении связи. Один канал сигнализации со скоростью 64 Кбит/с обычно способен обслуживать примерно 300 разговорных каналов. Таким образом, в цифровых каналах Е1, не содержащих ОКС, для передачи речи можно использовать не 30, а 32 канал. Для организации звена сигнализации обычно используется КИ1 (но могут и другие).

Сообщения подсистемы ISUP системы ОКС №7. Структура сообщения подсистемы ISUP. Пример расшифровки сообщения IAM.

Подсистема ISUP  обеспечивает установление соединений на сетях с цифровыми АТС, в которые включаются как цифровые, так и аналоговые абонентские установки.

IAM (Initial Address Message) – начальное адресное сообщение.

ACM (Address Complete Message) – «адрес полный».

ANM (Answer Message).

REL (Release) – сигнал об освобождении канала.

RLC (Release Complete) – освобождение завершено.

Пример расшифровки сообщения IAM.

По-любому будет дана картинка. В начале каждой строки указан номер байта в сообщении. Если поле параметра занимает не целый байт, то приводятся значения соответствующих ему бит. В этом начальном адресном сообщении содержатся следующие обязательные параметры фиксированной длины: «индикаторы типа соединения», «Индикаторы вызова прямого направления», «Категория вызывающего абонента», «требования к среде передачи», «номер вызываемого абонента» (в то время, как вызывающего – не обязательный).

BSN – обратный порядковый номер, BIB – обратный бит-индикатор, FSN – прямой порядковый номер, FIB – прямой бит-индикатор, LI – индикатор длины, FCS – проверочная комбинация, SIO – определяет подсистему, к которой относится сигн.единица, DPC и OPC – коды пунктов назначения и отправления, SLS – выбор звена сигнализации, CIC – выбор звена сигнализации.

Характеристики кодеков

 

 

 

Кодеки	Скорость передачи, кбит/с	Метод кодирования	Производи­тельность DSP, млн ком./с	Задержка преобра­зования, мс	Оценка по шкале MOS
G.723.1	5,3	ACELP	16	30	3,7
	6,3	MP-MLQ		22	3,9
G.729	8	CS-ACELP	30	38	4,0
G.728	16	LD-CELP	40	5	3,6
G.711	64	РСМ(ИКМ)	—	0,125	4,5

Для оценки качества преобразования речевых сигналов часто ис­пользуют метод MOS (Mean Opinion Scores — средняя экспертная оценка), определенный в рекомендациях МСЭ-Т для телефонных сетей. Шкала оценок MOS для речевой полосы 200—3400 Гц при­ведена в табл. 4.3, а значения MOS для кодеков в табл. 4.2.

Таблица 4.3

Основные понятия IP -телефонии и технологии пакетной коммутации. Принцип статистического мультиплексирования. Понятие мультисервисной сети.

Системы с коммутацией каналов вытесняются системами с коммутацией пакетов. Одна из главных причин состоит в том, что в сетях с пакетной коммутацией ресурсы сети используются значительно лучше, что объясняется применением статистического мультиплексирования. Последнее означает, что по одному и тому же каналу сети передаются пакеты множества пользователей, участвующих в разных соединениях. В этом случае говорят о системе с распределенными между пользователями ресурсами сети. В результате статистического мультиплексирования в сети с пакетной коммутацией появляются задержки [1] в получении переданной информации. В сетях с коммутацией пакетов задержки речи могут достигать нескольких сот миллисекунд. В системах с коммутацией каналов задержки возникают в коммутационных полях и в линейных интерфейсах цифровых АТС, однако эти задержки очень малы (обычно до нескольких миллисекунд) и всегда фиксированы.

Другой причиной перехода на коммутацию пакетов стала возможность передавать по сети разнородный трафик: речь, видео и данные едиными средствами и по единой технологии. Такая сеть, предоставляющая пользователям неограниченный набор услуг, получила название – мультисервисная. В сети ISDN как известно также можно передавать речь, видео и данные, но при этом средства передачи не будут едиными – для предоставления каждой из услуг необходимо иметь отдельные каналы связи, а также использовать разные технологии: на каналах В – коммутацию каналов, а на каналах D – коммутацию пакетов. Применение в сети коммутации пакетов единых средств и единой технологии позволяет пропускать разнородный трафик через одни и те же узлы коммутации и по одним и тем же каналам связи..

Основными элементами сети коммутации пакетов являются узлы коммутации и терминальное (оконечное) оборудование. Узлы коммутации распределяют информацию на сети. Здесь на основе адресной информации выбираются маршруты передачи пакетов: либо к другому узлу сети, либо к терминальному оборудованию.

На сетях с пакетной коммутацией могут использоваться разные технологии, к основным из которых относятся: TCP/IP, АТМ и Frame Relay. Эти технологии отличаются разными возможностями. Мультисервисные сети можно строить с применением технологии TCP/IP или АТМ.

Указанные технологии отличаются по следующим показателям:

- длина пакета: постоянная или переменная;

- установление соединения: с установлением соединения или без установления соединения

- способ доставки сообщений: надежный или ненадежный.

Надежный способ доставки сообщений означает, что сеть обеспечивает достоверную передачу сообщений. При ненадежном способе доставки сообщений на сети нет достоверной передачи сообщений. В пункте доставки на уровне приложения сообщение может быть доставлено с ошибками или/и с потерей части сообщения.

Обе технологии, АТМ и TCP/IP, могут работать как с надежной, так и ненадежной доставкой сообщений. В этих технологиях протокол восстановления сообщений работает в терминальном оборудовании пунктов отправления и доставки сообщения на транспортном уровне модели ВОС. В узлах сети для всех пакетов производится контроль над ошибками и при их обнаружении пакет удаляется.

В технологии АТМ предусмотрено установление соединений, в IP-сетях применяется способ без установления соединения.

При сравнении технологий АТМ и TCP/IP можно отметить, что технология АТМ более сложная и поэтому системы АТМ более дорогие. Это стало одной из причин более широкого распространения технологии TCP/IP.

Основы технологии TCP / IP и IP -сети. Модель протоколов TCP-IP. Уровни элементов IP-сети.

Технология TCP/IP предназначена для построения IP-сетей. Обозначение TCP/IP указывает на стек протоколов, используемых в IP-сетях, где основными являются протоколы: IP (Internet Protocol – Интернет протокол) и TCP (Transfer (or transport) Control Protocol – протокол управления передачей). По этой технологии работают сети Интернет и Интранет. Изначально IP-сети создавались только для передачи данных. Но вскоре IP-сети приобрели свойства мультимедийных.

Основная идея построения IP-сети состоит в объединении между собой отдельных сетей в единую сеть. Объединяться могут локальные (LAN) и глобальные (WAN) сети. В каждой точке соединения сетей устанавливается маршрутизатор, выполняющий роль межсетевого узла. Таким образом IP-сеть представляет собой составную сеть, в которую входит множество отдельных сетей.

Рассмотрим модель протоколов TCP / IP.

Модель включает в себя 4 уровня: сетевых интерфейсов, межсетевого взаимодействия, транспортный и прикладной.(счет уровней идет сверху вниз).

На уровне сетевых интерфейсов (уровень 4 TCP/IP) происходит взаимодействие с физической средой передачи потоков битов, а также выполняются функции канального уровня по передаче кадров. Количество интерфейсов, взаимодействующих с уровнем 4 протоколов TCP/IP, не ограничено.

На уровне межсетевого взаимодействия (уровень 3 TCP/IP) регламентировано несколько протоколов, из которых главным является протокол IP. Он выполняет основные сетевые функции: выбор маршрута для каждого пакета, пересылку пакета с входа на выход (коммутация) узла. В терминале этот протокол формирует и вставляет (инкапсулирует) в каждый пакет адрес сетевого узла назначения (IP-адрес). Этот уровень характеризуется негарантированной доставкой пакетов получателю.

Протокол RIP относится к дистанционно-векторным внутренним протоколам. Принцип его работы состоит в том, что каждый маршрутизатор периодически широковещательно рассылает информацию о расстоянии от себя до всех известных ему подсетей (вектор расстояний), входящих в данную составную сеть. Протокол RIP применяется для относительно небольших сетей.

Протокол OSPF относится к протоколам состояния связей, использующий алгоритм SPF поиска кратчайшего пути в графе. Каждая вершина графа соответствует одному маршрутизатору сети, а ребра – связям между маршрутизаторами.Алгоритм SPF, основываясь на базе данных состояния связей, вычисляет кратчайшие пути между заданной вершиной графа и всеми остальными вершинами. Результатом работы этого алгоритма является таблица маршрутизации.

ПротоколICMP предназначен для обмена информацией об ошибках между маршрутизаторами сети и узлом, являющимся источником пакетов. С помощью специальных пакетов протокола ICMP источник извещается о невозможности доставки пакета, о превышении времени жизни пакета, о недопустимых величинах параметров и об иных событиях.

Протокол ARP служит для того, чтобы по IP-адресу можно было бы найти МАС-адрес. Поиск происходит либо внутри узла сети, либо путем обращения к ARP-серверу.

Транспортный уровень (уровень 2 TCP/IP) также называется основным. На этом уровне функционируют протокол управления передачейTCP и протокол дейтаграмм пользователя UDP(User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между приложениями пользователей за счет образования виртуальных соединений. протокол UDP используется при передаче речи и видео в реальном масштабе времени. Этот протокол выполняет только функции связующего звена между протоколом IP и приложениями.

Прикладной уровень (уровень 1 TCP/IP) включает в себя множество протоколов, обеспечивающих взаимодействие с приложениями пользователей. Чаще всего здесь используются протоколы: HTTP - протокол доставки гипертекстовых сообщений; TELNET - протокол удаленного доступа; FTP и TFTP - протоколы передачи файлов; SMTP - протокол почтового обмена; SNMP - протокол сетевого управления.

В IP-сетях протоколы всех четырех уровней модели TCP/IP выполняются только в оконечном оборудовании, к которому чаще всего относятся компьютеры пользователей, IP-телефоны и шлюзы. В маршрутизаторах работают только протоколы двух нижних уровней.