Размещено на http://www.allbest.ru/

УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

«Разрешаю»

Допустить к защите

Зав. Кафедрой СиСПД

к.т.н.,доц. Амирсаидов У.Б._________

« ___ »_______________ 2011 г.

Выпускная квалификационная работа бакалавра

на тему: Алгоритм распеределения потоков в транспортной системе инфокоммуникационной сети

Выпускник Кулбоев. Т.У

Руководитель Нишанбаев .Т.Н

Ташкент 2011

УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Факультет Телекоммуникации кафедра Сети и системы передачи данных

Направление 55222000

Утверждаю

______________Зав. кафедрой

« ___ »______________ 2011 г.

ЗАДАНИЕ

на выпускную квалификационную работу студента

Кулбоева Турабека Усаровича

(фамилия, имя, отчество)

1. Тема работы ____ Алгоритм распеределения потоков в транспортной системе инфокоммуникационной сети ______________________

Утверждена приказом по университету от « ___ » 2011 г. № ______

2. Срок сдачи законченной работы_______________________________

3.Исходные данные к работе___________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Содержание расчётно-пояснительной записки (перечень подлежащих к разработке вопросов) _______________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Перечень графического материала _________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________

6. Дата выдачи задания _______________________________

Руководитель ______________

(подпись)

Задание принял к исполнению___________

(подпись)

7. Консультанты по отдельным разделам выпускной работы

Наименование раздела	Консультант	Подпись, дата
		Задание выдал	Задание получил

8. График выполнения работы

№	Наименование раздела	Срок выполнения	Подпись руководителя (консультанта)
1	Сервисы и услуги современных инфокоммуникационных сетей
2	Проблемы управления потоками в ИКС
3	Процессы управления разнородными потоками в ИКС
4	Охрана труда и техническая безопасность

Выпускник___________________ «____»_____________200__ г.

подпись

Руководитель_________________ «____»_____________200__ г.

подпись

В данной выпускной квалификационной работе на основе анализа протекающих в транспортной системе потоков разработан алгоритм их распределения по виртуальным каналам телекоммуникационной сети.

Рассмотрены вопросы управления потоками и взаимодействия компонентов ССП между собой.

В разделе техники безопасности обоснованы вопросы создания автоматизированных рабочих мест.

Ushbu bitiruv malakaviy ishida infokommunikatsion tarmog`i transport tizimidagi axborot oqimlarining tahlili natijasida virtual kanallar bo`yicha ular taqsimotining algoritmi ishlab chiqilgan.

SSP tarmog`i komponentlarining o`zaro aloqalari va axborot oqimlarining boshqaruvi masalalari ko`rib chiqilgan.

Texnika xavfsizligi bo`limida avtomatlashtirilgan ish joylarini yaratish masalalari ko`rib chiqilgan.

In the given final qualification work the algorithm of distribution in virtual channel of telecommunication network on the basic of analysis of streams taking place transportation system has been worked out. Streams management issnes and cooponents have been examined. In the section of security technics the issues of automated work places creation have been grounded.

Содержание

Введение

I. Современные инфокоммуникационные сети и пути их развития

1.1 Структура и сервисы современных ИКС

1.2 Основные компоненты и функции современных ИКС

Выводы по главе 1

2. Технологическая основа построения транспортной системы ИКС

2.1 Управление потоками сообщений в транспортной системе ИКС

2.2 Взаимодействие рассредоточенных компонентов транспортной системы ИКС между собой

2.3 Назначение протокола MPLS в транспортной системе ИКС

Выводы по главе 2

3. Особенности передачи разнотипных потоков в транспортной системе инфокоммуникационной сети

3.1 Анализ потоков, протекающих в телекоммуникационной сети транспортной системы ИКС

3.2 Описание алгоритма распределения потоков в транспортной системе ИКС.

Выводы по главе 3

4. Охрана труда и техническая безопасность

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Последнее время широкое развитие получили сети и системы, постро-енные на основе интегрированного использования средств обработки и передачи, обеспечивающие взаимодействие информационных процессов (ИП) и предоставляющие пользователям широкий спектр услуг по обмену и обработке различных видов информации. Такие сети получили название инфокоммуникационных сетей. В них под информационными процессами понимается совокупность взаимосвязанных и взаимообусловленных процессов выявления, отбора, формирования из совокупности сведений информации, ее ввода в техническую систему обработки, анализа, хранения и передачи.

Инфокоммуникационная сеть в конечном итоге подразумевает создание глобального информационного общества - общества, в котором информация становится главным экономическим ресурсом, а информационный сектор становится главным средством повышения эффективности производства, укрепления конкурентоспособности, как на внутреннем, так и на мировом рынке.

Новое выражение «Глобальная информационная инфраструктура (ГИИ)» понимается как совокупность сетей, аппаратуры конечного пользователя, информации и человеческих ресурсов, которая может быть использована для доступа к полезной информации, для связи пользователей друг с другом, работы, обучения, получения искомой информации в любое время и в любом месте по приемлемой цене Recommendation ITU-T. Y.101 Global Information Infrastructure terminology: Terms and definitions..

Глобальная информационная инфраструктура призвана обеспечить возможность доступа к информационным ресурсам каждого члена общества в глобальном масштабе.

Информационную инфраструктуру глобальной сети составляет совокупность баз данных, средств обработки информации, взаимодейс-твующих сетей телекоммуникаций и терминалов пользователей.

Глобальная информационная инфраструктура рассматривается в качестве будущей инфраструктуры информационного общества, обслуживающей его информационные (науку, образование, средства массовой информации, рекламу и т. д.) и другие структуры.

Основополагающими принципами ГИИ являются:

обеспечение межсетевого соединения и взаимодействия;

развитие глобального рынка сетей, услуг и приложений;

гарантирование конфиденциальности и защиты данных;

защита прав интеллектуальной собственности;

сотрудничество в научно-исследовательской деятельности и в разработке новых приложений.

Доступ к информационным ресурсам в ГИИ реализуется посредством услуг телекоммуникаций нового типа, получившие название услуги информационного общества или инфокоммуникационные услуги. Наблю-даемые в настоящее время высокие темпы роста объемов предоставления инфокоммуникационных услуг позволяют прогнозировать их преобладание на сетях телекоммуникаций в ближайшем будущем.

Резюмируя выше изложенное отметим, что инфокоммуникационные сети отражают процесс слияния двух отраслей - телекоммуникационной и информационной (телефонной и компьютерной). Благодаря этому обес-печивается широкий набор услуг, начиная с классических услуг телефонии и кончая различными услугами предоставления информационн?х ресурсов и передачи данных или их комбинацией.

Качественное представление сервиса инфокоммуникационной сети широкому кругу пользователей зависит от множества факторов - создания и размещения информационных ресурсов, построения коммуникационной сети, надежного и бесперебойного функционирования всех компонентов сети и в частности от оптимального распределения разнотипных потоков в сети с ограниченными пропускными способностями каналов связи.

Поэтому изучение существующих методов построения и функционирования инфокммуникационных сетей, а также разработка алгоритмов распределения разнотипных потоков в сети с ограниченными пропускными способностями представляется чрезвычайно актуальной задачей, позволяющей оптимально в смысле выбранного критерия решить задачи синтеза и распределения информационных ресурсов и услуг по инфокоммуникационной сети с распределенной структурой.

I. Современные инфокоммуникационные сети и пути их развития

1.1 Структура и сервисы современных ИКС

Современные инфокоммуникационные сети представляют собой но-вую концепцию сети, которые обеспечивают передачу всех видов «медиа-трафика» и предоставляют неограниченный спектр телекоммуникационных услуг с возможностью их добавления и редактирования. Они являются результатом эволюционного развития существующих телекоммуника-ционных сетей, отражаюшийся в слиянии разнотипных сетей и технологий и функционируют под одной платформой управления, имея общее ядро для мобильной и фиксированной связи. В итоге абоненты получают единый набор услуг как для телефонной сети общего пользования, так и для IP-телефонии, и мобильной сети, а также для передачи данных.

Главная архитектурная особенность таких сетей заключается в том, что передача и маршрутизация пакетов и базовые элементы транспортной инфраструктуры (каналы, маршрутизаторы, коммутаторы, шлюзы) физически и логически отделены от устройств и механизмов управления вызовами и доступом к услугам.

Обобщенная архитектура современных инфокоммуникационных се-тей показана на рис. 1, из которой видна следующая иерархия сетевой инфраструктуры: уровень опорной коммутации, уровень управления коммутацией и передачей информации, уровень управления услугами, уровень доступа.

Задачей уровня опорной сети коммутации является коммутация сое-динений и прозрачная передача информации. Уровень управления сетью (коммутацией и передачей) служит для обработки сигнальных команд, маршрутизации вызовов и управления потоками. Уровень управления услугами содержит в себе функции предоставления услуг и доступа к приложениям. Уровень доступа предоставляет широкий набор интерфейсов для подключения к услугам сети.

Организационная структура инфокоммуникационной сети. представляет собой сложную, распределенную в пространстве технологическую систему, представляющую собой функционально связанную совокупность аппаратно-программных средств обработки и обмена информацией, которая состоит из территориально распределенных информационных узлов (подсистем обра-ботки информации) и физических каналов передачи информации.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Обобщенная архитектура современных инфокоммуникационных сетей

Инфокоммуникационную сеть как сложную систему можно описать путем расчленения ее на множество структур, каждая из которых содержит элементы, выделенные на соответствующем уровне рассмотрения сети.

Принципы построения инфокоммуникационной сети основываются на такие понятия, как иерархичность (расположение частей и элементов целого в порядке от высшего к низшему), коммуникативность (множественность связей в системе, внешних - со средой и внутренних - между подсистемами и элементами), интегративность (проявление системой интегративного качества, не свойственного отдельным ее элементам).

В настоящее время существует ряд архитектур, согласующиеся и несогласующиеся с международными стандартами, среди которых можно выделить Инфокоммуникационные сети: архитектура, технологи и, стандартизация. Под редакцией д.т.н. А.А. Сахнина Москва 2004:

* архитектуру сети Интернет;

* системную сетевую архитектуру (SNA) и системную прикладную архитектуру (SAA) фирмы IBM;

* архитектуру широкополосной сети (BNA), также предложенной IBM;

* архитектуру дискретной сети (DNA) фирмы DEC и др.

Следует особо отметиь, что примером стандартизованной архитектуры инфокоммуникационных сетей, выполняющих функции обработки и передачи информации в территориально распределенных узлах сети, является семиуровневая архитектура эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМ ВОС (Open System Interconnection, OSI)).

Эталонная модель ВОС и функции, реализуемые различными уровнями эталонной модели, по своей сути обобщают все существующие сетевые архитектуры.

Инфраструктура современных инфокоммуникационных сетей предс-тавляет собой распределенную в пространстве программно-техническую систему, представляющую собой функционально связанную совокупность аппаратно-программных средств обработки и обмена информацией, и состоящую из территориально распределенных подсистем обработки информации, узлов коммутации и физических каналов передачи информации. Все подсистемы в совокупности определяют физическую структуру сети.

Для описания принципов построения и функционирования сети используются следующие понятия:

· понятия физической структуры;

· понятия о логической и информационной структуры, описывающие размещения компонентов и их взаимодействие в распределенной сети (взаимодействие тех или иных информационных ресурсов и процессов);

· понятия архитектуры сети, определяющие принципы построения и функционирования инфокоммуникационной сети в целом.

С точки зрения структурной организации инфокоммуникационная сеть состоит из следующих компонентов:

* транспортной сети, представляющей собой распределенную систему, состоящую из узлов коммутации, соединенных каналами первичной сети, обеспечивающей передачу информации между территориально распределенными абонентскими сетями (АС) и реализующей в рамках ЭM ВОС функции трех нижних уровней функциональной архитектуры;

* абонентских сетей (АС) , представляющих собой комплекс аппаратно- программных средств, реализующих функции содержательной обработки информации посредством соответствующих пакетов программ (ПП) и обеспечения доступа пользователей (абонентов) к распределенным информационным ресурсам, а также взаимосвязи потребителей информации между собой посредством транспортной сети.

Выделение во всей совокупности АС функций взаимосвязи позволяет в рамках информационной сети выделить еще один элемент - телекомму-никационную сеть (ТКС), обеспечивающую взаимодействие прикладных процессов в информационной сети, реализующую функции всех уровней функциональной архитектуры и включающую физическую среду распространения, через которую происходит передача сигналов данных, несущих информацию.

Таким образом, современные инфокоммуникационные сети это не только сети транспорта и доступа, но еще и сети поддержки и сервиса, то есть сети синхронизации, сигнализации, управления, сети передачи сигналов времени и т. п. Все они имеют собственные технические и, в частности, вычислительные средства и решают во взаимосвязи поставленные задачи.

В совокупности сети транспорта, доступа, поддержки и сервиса, частично взаимодействуют между собой, но такое взаимодействие происходит лишь по мере необходимости и не рассматривается как существенный принцип их развития и совершенствования в условиях автономности существования этих подсетей.

Анализ исследований разнообразных инфокоммуникационных сетевых структур позволяет сделать предположения о том, что инфокоммуникационная среда будущего будет основываться на многомер-ные сети Г.В.Коновалов внс ФГУП ЦНИИС, Электросвязь», № 4, 2008, то есть инфокоммуникационные сети по всей видимости будут развиваться по пути объединения разрозненных по технологии и идеологии построения сетей в единую сетевую структуру с общими принципами доступа и предоставления сервиса.

Под многомерностью в данном случае понимается способ объединения разрозненных по идеологии и технологии построения сетей в единое целое. При этом многомерные сети не обязательно должны иметь четко выраженное деление на сети транспорта, доступа и поддержки и сервиса.

Поэтому в инфокоммуникационных сетях будущего, по-видимому, станет возможным за счет использования многомерной структуры сети и многоядерных вычислительных средств обеспечивать обмен информацией и предоставление разнообразных услуг потребителям по общеизвестной схеме

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Схема представления услуг в инфокоммуникационных сетях

инфокоммуникационный сеть транспортный поток

При таком подходе доступ, транспортировка, сервис, поддержка (син-хронизация, сигнализация и т. д.) -- это внутреннее дело будущей интегрированной инфокоммуникационной сети. Её многомерная архитектура предоставляет возможность совместного решения задач, возложенных на составляющие сети.

В сетях будущего поколения с многомерной структурой может быть использованы рассредоточенные информационные ресурсы и ресурсы вычислительных средств, имеющие разные платформы, к которым могут иметь доступ от различным терминальных устройств пользователи всех подсетей многоуровневой сети.

Иными словами, инфокоммуникационная сеть в перспективе будет представлять собой многомерную и, как правило, многоуровневую сеть, в которую интегрированы транспортная сеть, сеть синхронизации, сеть сигнализации и другие сети поддержки транспорта и доступа, а также сервисные сети для совместного надежного, качественного и безопасного предоставления разнообразных услуг потребителям (пользователям).

Качественное представление сервиса инфокоммуникационной сети широкому кругу пользователей зависит от множества факторов и в часиности:

· создания и размещения информационных ресурсов;

· построения коммуникационной сети;

· надежного и бесперебойного функционирования всех компонентов сети и т. д.

Поэтому изучение существующих методов построения и функционирования инфокоммуникационных сетей, а также проведение научно - исследовательской работы в этой области представляется чрезвычайно актуальной задачей, позволяющей оптимально в смысле выбранного критерия решить задачи синтеза и распределения информационных ресурсов и услуг по инфокоммуникационной сети с распределенной структурой.

Из всего круга проблем, обеспечивающих качественный сервис пользователям, вопросы управления инфокоммуникационной сетью занимают особое положение, которые направлены на полное, своевременное и с наименьшими затратами обслуживания поступивших заявок пользователей.

При этом задачи синтеза структуры сетей и управления информа-ционными потоками, обеспечивающие эффективно решить задачи размещения информационных и вычислительных ресурсов, а также позволяющие найти оптимальное (в смысле выбранного критерия) решение вопроса транспортировки данных между системами обработки, терминальных систем и коммуникационных центров, являются одним из ключевых, позволяющих решить проблемы по:

· предотвращению ошибок при передаче сообщений;

· блокировке и перегрузке в транспортной сети;

· выбору маршрута и транзитных центров и т. д.

То есть они фактически направлены на распределение ограниченных, территориально рассредоточенных ресурсов ИКС (ССП).

Принципы исследования информационных процессов непосредственно сопряжены с методологией исследования, определяемой концепциями модели взаимодействия открытых систем и модели глобальной информационной инфраструктуры.

В связи с этим исследования ССП проводятся в области конкретизации уровней и правила взаимоотношений между ними, определяемые по международным концепциям и стандартам, реализуемым на основе однородных функций в целях обеспечения совместной работы разнотипных технологий при внутри и межсистемном взаимодействии.

На основе такого исследования разрабатываться обобщенная модель структуры сети, состоящая из коммуникационных центров, дислоцированных в рассредоточенных точках и соединенных между собой с помощью каналов связи с разными пропускными способностями, к которым подключены абонентские системы, содержащие информационные ресурсы и приложения, а также терминалы пользователей.

В следующих разделах работы на основе описания характеристик внешнего трафика, поступающая в сеть, и внутреннего трафика, протекающего по сети, приводится описание способа распределения разнотипных потоков в телекоммуникационной среде ССП.

1.2 Основные компоненты и функции современных ССП

Как показано в предыдущем разделе, основными компонентами ССП является средства, обеспечивающие услуги и сервисы (сервера приложений, медиаресурсов (Интернет), передача речи и видео и т. д.) средства управления транспортировкой данных, средства доступа к сервисам и услугам ССП.

Обобщенная архитектура ИКС отражает состав ее основных элементов и интерфейсы между ними и обеспечивает формирование вариантов построения телекоммуникационной, инфокоммуникационной и управляющих компонентов ИКС с целью определения рациональных решений их создания .

Основными элементами обобщенной архитектуры ИКС являются:

цифровая транспортная сеть связи, представляющая собой часть сети электросвязи, которая выполняет функции переноса (транспортирования) потоков сообщений от их источников из одной сети доступа к получателям сообщений другой сети доступа путем распределения этих потоков между сетями доступа;

сеть абонентского доступа, обеспечивающая подключение пользовательского оборудования отправителя (получателя) сообщений к узлу доступа, являющегося граничныммежду сетью доступа и транспортной сетью связи; * компоненты, реализующие управление вызовом (сеансом) и услугами, а также осуществляющие преобразование интерфейсов и протоколов, необходимого при взаимодействии с традиционными (существующими) сетями связи и с сетями различных операторов. Под протоколом понимается совокупность правил (процедур), регламентирующих взаимодействие элементов сети электросвязи.

Цифровая транспортная сеть связи (далее -- транспортная сеть связи) должна предоставлять широкополосные транспортные ресурсы и обеспечивать их эффективное использование с применением современных технологий пакетной коммутации, интеллектуальных сетей и технологий широкополосного доступа. Она базируется на таких технологиях, как ПЦИ, СЦИ, WDM, DWDM, ATM, IP, MPLS и их комбинациях. Использование технологий на транспортной сети связи определяется средой распространения сигналов, экономическими и потребительскими факторами.

Сети абонентского доступа обеспечивают доступ пользователей к сетевым ресурсам и услугам ИКС. К ним относятся региональные пакетные сети доступа, региональные IP-сети, узкополосные и xDSL-доступа и др. В удаленных регионах с малоразвитой кабельной инфраструктурой используются сети абонентского радиодоступа, построенные на технологиях Radio-Ethernet и др. Для организации доступа пользователей к магистральной транспортной сети связи применяются каналы систем спутниковой связи.

Функциональные возможности ИКС, а соответственно и ее функциональная архитектура, полностью определяются потребностями пользователей (прикладных процессов) в передаче различных видов информации с заданными параметрами качества услуг.

Основой построения функциональной архитектуры современных ИКС является профиль протоколов, представляющий собой взаимоувязанный перечень протоколов (стандартов) и обеспечивающий реализацию функций взаимосвязи в компонентах ИКС.

В настоящее время существует ряд различных архитектур, среди которых можно выделить следующие:

· архитектуру сетей Интернет;

· системную сетевую архитектуру SNA (Systems Network Architecture) и системную прикладную архитектуру SAA (Systems Application Architecture), разработанных корпорацией IBM;

· архитектуру широкополосной сети BNA (Broad Network Architecture), также предложенной IBM;

· архитектуру цифровой сети DNA (Digital Network Architecture) фирмы DEC;

· открытую сетевую архитектуру ONA (Open Network Architecture) фирмы British Telecom и др.

Примером детально проработанной и стандартизированной архитектуры для ИКС, ориентированной на реализацию только функций взаимосвязи открытых систем (ВОС) при взаимодействии информационных процессов, выполняющих функции содержательной обработки информации в территориально распределенных узлах сети, является семиуровневая архитектура эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ЭМ ВОС).

ЭМ ВОС и функции, реализуемые различными уровнями эталонной модели, по своей сути обобщают все существующие сетевые архитектуры.

К основным функциональным принципам организации современных сетей относится принцип организации служб. Его реализация требует формирования:

служб переноса и телеслужб;

служб доступа к сетевым информационным ресурсам (информационно-справочные службы);

системы сигнализации;

системы нумерации и адресации;

системы синхронизации;

системы управления.

В рекомендациях МСЭ-Т в контексте “службы электросвязи” определены “службы переноса” и “телеслужбы”. Под “службой переноса” понимается вид службы электросвязи, обеспечивающий возможность передачи сигналов между точками доступа пользователя в сеть. К данному виду относят службу передачи данных. Под “телеслужбами” понимается вид службы электросвязи, обеспечивающий реализацию всех возможностей сети электросвязи между пользователями в соответствии с принятыми протоколами.

При рассмотрении возможностей служб говорится о предоставлении пользователям различных услуг (видов сервиса). Услуга -- это функциональная возможность технологической системы по передаче информации с различным качеством или это возможности по обмену информацией, предоставляемые администрацией сети. На рис. 3 показана классификация служб электросвязи.

Система сигнализации как организационно-техническое объединение элементов ИКС предназначена для формирования и обмена сигнальной информацией, обеспечивающей установление/ разъединение соединений в сетях электросвязи, управления ими при обслуживании вызовов абонентов при автоматической и заказной системе их обслуживания службами электросвязи, а также для решения задач технической эксплуатации элементов сетей электросвязи.

Рис.3. Укрупненная схема компонентов ИКС.

Основным методом обмена сигнальной информацией является метод общеканальной сигнализации (ОКС). Использование ОКС обеспечивает требуемую живучесть системы сигнализации, унификацию оборудования сигнализации, увеличение числа одновременно обслуживаемых заявок на предоставление услуг связи, сокращение времени прохождения информационных сообщений, их достоверность, возможность реализации дополнительных видов услуг электросвязи, предоставляемых службами электросвязи.



Рис. 4. Услуги, предоставляемые сетью связи ССП.

Нумерация и адресация пользователей ИКС осуществляется исходя из используемых базовых телекоммуникационных технологий.

Для речевых служб, поддерживаемых сетями связи с коммутацией каналов (ТфОП и сети мобильной связи), а также сети связи на основе АТМ-технологии, поддерживающей практически все службы, используют двухуровневую систему адресации. В качестве первого уровня адресации, определяющего сетевое окончание, используется адрес формата. В качестве второго уровня адресации, определяющего оконечное оборудование, подключенное к сетевому окончанию ATM-сети, используется любой формат адреса оконечной АТМ-системы.

Для поддержания эксплуатационных параметров в рабочем состоянии и обеспечения требуемого качества обслуживания компоненты сети управляются системой управления (рис. 5).

Рис. 5. Схема системы управления ИКС.

Система управления имеет единую систему для хранения информации о параметрах всех элементов ИКС и обеспечивать оперативное управление, управление учетом и планирование развития сети. Составной частью АСУ является система технической эксплуатации и технического обслуживания (СТЭТО), которая обеспечивает функционирование ИС с качественными показателями, соответствующими действующим нормам.

Для обеспечения единства инфокоммуникационной сети необходимо предусмотреть преобразование интерфейсов и протоколов различных технологий в эталонных точках в интерфейсы и протоколы базовой мультисервисной компоненты ИКС таким образом, чтобы обеспечивалась работа “старого” и “нового” компонентов, включая возможности конвергенции услуг.

Преобразование протоколов телекоммуникационных сетей должно предусматриваться на интерфейсах “пользователь-сеть” средствами мультисервисных (пограничных) коммутаторов транспортной сети связи и на интерфейсе “сеть-сеть” -- средствами транспортных шлюзов.

Преобразование и конвергенция услуг и их протоколов более высоких уровней должно осуществляться соответствующими средствами терминального оборудования, объектовых сетей связи и сетей абонентского доступа (соответствующие сервера услуг и служб). Преобразование протоколов управления и сигнализации выполняются на соответствующих службах (серверы) и конверторах сигнализации.

Выводы по главе 1

1. Современная инфокоммуникационная сеть состоит из следующей иерархии сетевой инфраструктуры: уровень опорной коммутации, уровень управления коммутацией и передачей информации, уровень управления услугами, уровень доступа.

2. Для обеспечения единства инфокоммуникационной сети необходимо предусмотреть такие интерфейсы и протоколы в компонентах ИКС таким образом, чтобы обеспечивалась доступ ко всем ресурсам и услугам сети.

2. Технологическая основа построения транспортной системы ИКС

2.1 Управление потоками сообщений в транспортной системе ИКС

В транспортной системе ССП протекают иотоки информации от различных источников. Источник информации ССП характеризуется двумя группами параметров трафика. К первой группе относятся:

- интенсивность поступающего от пользователя потока требований;

- средняя длительность сеанса;

- удельная нагрузка источника.

Вторая группа параметров характеризует собственно терминал пользователя:

- средняя (битовая) скорость передачи: Vс ;

- пиковая скорость передачи: Vп ;

- коэффициент пачечности: Кп = Vп / Vс .

Ниже в таблице 1 приведены виды передаваемого трафика в транспортной сети ССП и влияние параметров передачи на качество обслуживания каждого вида трафика.

При объединении множество однофункциональных сетей в одну гибкую, многосервисную сеть могут возникнуть проблемы Поэтому ССП должна создаваться таким образом, чтобы она могла гарантировать приемлемый уровень обслуживания для каждого вида трафика. В противном случае пользователи будут высказывать недовольство такой комбинированной сетью и потребуют возвращения к отдельным специализированным сетям.

При ограниченной пропускной способности коммуникационной сети обработка трафика, имеющего одинаковый приоритет может иметь серьезные последствия, так как они могут быть рассчитаны на предсказуемую задержку и высокую пропускную способность.

В случае передачи потоков с разными приоритетами необходимо принять такое решение, чтобы предоставить «зеленую линию» высокоприоритетным приложениям, ограничив при этом предоставление канала для передачи обычных сообщений.

Такая технология получила обобщенное название обеспечения качества услуг (Quality of Service, QoS).

Таблица 1

Существует следующие модели QoS:

• Негарантированная доставка -- Best Effort Service

• Интегрированный сервис -- Integrated Service (IntServ)

• Дифференцированное обслуживание -- Differentiated Service (DiffServ)

Специалист при проекторовании сети должен решить вопрос: какую именно технологию обеспечения качества услуг выбрать?

• организация приоритетных очередей в маршрутизаторах;

• использование протокола RSVP;

• обращение к возможностям ATM и т. д.

Следует отметить, что при необходимости имеющуюся пропускную способность можно распределить "силовыми" методами, то есть по принципу - каждому по потребностям.

Если источник генерирует информацию с ИСП, то скорость передачи может характеризоваться пиковой (Vп) и средней (Vс) величинами.

Источники, генерирующие информацию с изменяющейся скоростью, характеризуют коэффициентом пачечности Кп = Vп/Vс и средней длительностью пика Tп. Пиковая, средняя скорость и коэффициент пачечности источников характеризуют конкретную службу, хотя стохастические процессы от сеанса к сеансу могут отличаться.

Если канал использует источник некоторой службы, генерирующий информацию с изменяющейся скоростью, то в моменты, когда скорость источника V(t) превышает скорость канала Vmax, качество обслуживания снижается.

Конкретная система передачи (СП) всегда характеризуется максимально допустимой скоростью передачи информации Vmax. Если эту СП использует источник некоторой службы, генерирующий информацию с изменяющейся скоростью, то в моменты превышения V(t) значения Vmax качество обслуживания снижается. Если источник генерирует информацию с изменяющейся скоростью, как это показано на рисунке 2.1, то скорость передачи может характеризоваться пиковой (Vп) и средней (Vс) величинами.

В сетях IP, построенных на базе IP-ориентированных протоколов, предполагаются следующие этапы решения задачи обеспечения QoS:

· создание согласованного общего набора рабочих характеристик сетей IP и норм для этого набора характеристик;

· внедрение сетевых механизмов, которые будут обеспечивать заданные показатели качества обслуживания в конфигурации “терминал-терминал”;

· вложение нормированных значений показателей качества обслуживания в протоколы сигнализации;

· разработка архитектуры сетевых механизмов поддержки.

Для обеспечения требуемого качества обслуживания трафика в документах по стандартизации рассматриваются следующие сетевые характеристики, как наиболее важные по степени их влияния на сквозное качество обслуживания (от источника до получателя):

· производительность сети;

· надежность сети/сетевых элементов;

· задержка и вариация задержки (джиттер);

· потери пакетов.

Производительность сети (или скорость передачи данных) пользо-вателя определяется как эффективная скорость передачи, измеряемая в битах в секунду. Следует отметить, что значение этого параметра не совпадает с максимальной пропускной способностью сети, называемой полосой пропускания. Минимальное значение производительности обычно гарантируется провайдером услуг, который, в свою очередь, должен иметь соответствующие гарантии от сетевого провайдера.

Надежность сети/сетевых элементов. Надежность сети может быть определена через параметров, из которых наиболее часто используется коэффициент готовности, вычисляемый как отношение времени простоя объекта к суммарному времени наблюдения. В идеальном случае коэффициент готовности должен быть равен 1, что означает 100%-ную готовность сети. На практике коэффициент готовности оценивается числом “девяток”. Например “три девятки” означают, что коэффициент готовности составляет 0,999, что соответствует 9 часам времени недоступности (простоя) сети в год.

Готовность сети ТфОП оценивается величиной “пять девяток”, что означает 5,5 минут простоя в год. Ниже в таблице 2 приведены данные по времени простоя для различного количества “девяток”.

Коэффициенты готовности и соответствующие значения времени простоя оборудования

Таблица 2.2.

Коэффициент готовности	Время простоя
0,99	3,7 дней в год
0,999	9 часов в год
0,9999	53 минуты в год
0,99999	5,5 минут в год
0,99999999	30 секунд в год

Необходимо отметить, что обеспечение коэффициента готовности “пять девяток” в сетях IP, построенных на традиционном оборудовании данных (серверы, маршрутизаторы), является достаточно серьезной проблемой. Причина этого состоит в том, что обработка информационных потоков в сетях IP в значительной части базируется на программном обеспечении. В то же время статистика отказов сетевого оборудования показывает, что надежность программного обеспечения примерно в два раза ниже надежности аппаратного обеспечения.

Параметры доставки пакетов IP. Сеанс связи состоит из трех фаз - установления соединения, передачи информации и разъединения соединения. В Рекомендации Y.1540 из трех фаз сеанса связи рассматривается только вторая фаза - фаза доставки пакетов IP. Такой подход отражает природу сетей IP, не ориентированных на установление соединений. Спецификацию рабочих характеристик и параметров QoS для двух других фаз (установление и разъединение соединения) планируется провести в дальнейшем.

Рекомендация ITU-T Y.1540 определяет следующие параметры, характеризующие доставку IP-пакетов.

Задержка доставки пакета IP (IP packet transfer delay, IPTD).

Параметр IPTD определяется как время (t2 - t1) между двумя событиями - вводом пакета во входную точку сети в момент t1 и выводом пакета из выходной точки сети в момент t2, где

(t2 > t1) и (t2 - t1) <= Tmax.

В общем, параметр IPTD определяется как время доставки пакета между источником и получателем для всех пакетов - как успешно переданных, так и для пакетов, пораженных ошибками.

Средняя задержка доставки пакета IP - этот параметр определяется как средняя арифметическая величина задержек пакетов в выбранном наборе переданных и принятых пакетов. Значение средней задержки зависит от передаваемого в сети трафика и доступных сетевых ресурсов, в частности, от пропускной способности. Рост нагрузки и уменьшение доступных сетевых ресурсов ведут к росту очередей в узлах сети и, как следствие, к увеличению средних задержек доставки пакетов.

Речевая информация и, отчасти, видеоинформация являются примерами трафика, чувствительного к задержкам, тогда как приложения данных в основном менее чувствительны к задержкам. Когда задержка доставки пакета превышает определенные значения Tmax, такие пакеты отбрасываются. В приложениях реального времени (например, в IP-телефонии) это ведет к ухудшению качества речи. Ограничения, связанные со средней задержкой пакетов IP, играют ключевую роль для успешного внедрения технологии видеоконференций и других приложений реального времени. Этот параметр во многом будет определять готовность пользователей принять подобные приложения.

Вариация задержки пакета IP (IP packet delay variation, IPDV). Параметр vk характеризует вариацию задержки IPDV. Для IP-пакета с индексом k этот параметр определяется между входной и выходной точками сети в виде разности между абсолютной величиной задержки xk при доставке пакета с индексом k, и определенной эталонной (или опорной) величиной задержки доставки пакета IP, d1 для тех же сетевых точек:

vk = xk - d1 .

Эталонная задержка доставки пакета IP (d1) между источником и получателем определяется как абсолютное значение задержки доставки первого пакета IP между данными сетевыми точками. Вариация задержки пакета IP, или джиттер, проявляется в том, что последовательные пакеты прибывают к получателю в нерегулярные моменты времени. В системах IP-телефонии это, к примеру, ведет к искажениям звука и, в результате, к тому, что речь становится неразборчивой.

Коэффициент потери пакетов IP (IP packet loss ratio, IPLR).

Коэффициент IPLR определяется как отношение суммарного числа потерянных пакетов к общему числу принятых пакетов в выбранном наборе переданных и принятых пакетов. Потери пакетов в сетях IP возникают в том случае, когда значение задержек при передаче пакетов превышает нормированное значение, определенное выше как Tmax. Если пакеты теряются, то при передаче данных возможна их повторная передача по запросу принимающей стороны. В системах VoIP пакеты, пришедшие к получателю с задержкой, превышающей Tmax, отбрасываются, что ведет к провалам в принимаемой речи. Основной причиной, вызывающих потери пакетов, является рост очередей в узлах сети, возникающих при перегрузках.

Коэффициент ошибок пакетов IP (IP packet error ratio, IPER). Коэффициент IPER определяется как суммарное число пакетов, принятых с ошибками, к сумме успешно принятых пакетов и пакетов, принятых с ошибками.

Архитектура поддержки QoS определяет набор сетевых механизмов, называемых конструктивными блоками. В настоящее время определен набор конструктивных блоков, отвечающих трем логическим плоскостям: плоскости контроля, плоскости данных (информационной плоскости) и плоскости административного управления (рис. 6).

Плоскость контроля. Механизмы QoS контрольной плоскости оперируют с путями, по которым передается трафик пользователей, и включают в свой состав:

· Управление допуском (Admission Control, AC)

· Маршрутизацию для QoS (QoS routing)

· Резервирование ресурсов (Resource reservation).

Рис. 6. Модель для поддержки качества обслуживания

Плоскость данных. Эта группа механизмов оперирует непосредственно с пользовательским трафиком и включает в себя:

· Управление буферами (Buffer management)

· Предотвращение перегрузок (Congestion avoidance)

· Маркировка пакетов (Packet marking)

· Организация и диспетчеризация очередей (Queuing and scheduling)

· Формирование трафика (Traffic shaping)

· Правила обработки трафика (Traffic policing)

· Классификация трафика (Traffic classification)

Плоскость административного управления. Эта плоскость содержит механизмы QoS, имеющие отношение к эксплуатации, администрированию и управлению сетью применительно к доставке пользовательского трафика. В число механизмов QoS на этой плоскости входят:

· Измерения (Metering)

· Заданные правила доставки (Policy)

· Восстановление трафика (Traffic restoration)

· Соглашение об уровне обслуживания (Service Level Agreement).

Переход к сетям следующего поколения, построенным на базе протоколов IP, возможен только при условии, когда для большого числа приложений будут обеспечены соответствующие показатели качества обслуживания. Для достижения этой цели был разработан ряд механизмов борьбы с задержками и потерями, которые разделяются по трем плоскостям - плоскости контроля, плоскости данных и плоскости административного управления.

Поступающий в транспортную систему ССП трафик классифицируется

на потоковом или пакетном уровне. Это необходимо для того, чтобы выделить пакеты одного потока, характеризуемого общими требованиями к качеству обслуживания. Затем трафик подвергается процедуре нормирования. Нормирование трафика предполагает измерение параметров трафика и сравнение результатов измерений с параметрами, оговоренным в контракте по трафику, известному как Соглашение об уровне обслуживания. Если условия нарушаются, то часть пакетов может быть отброшена. Магистральные маршрутизаторы, составляющие ядро сети, обеспечивают пересылку пакетов в соответствии с требуемым уровнем QoS.

2.2 Взаимодействие рассредоточенных компонентов транспортной системы ИКС между собой

Взаимодействие рассредоточенных компонентов транспортной системы ССП (ИКС) между собой осуществляется на основе семиуровневой эталонной модели (рис.7).

Каждый из уровней взаимодействует с выше- и нижестоящим уровнем одной системы в соответствии с принципом автономности, который заключается в том, что изменение или модификация одного уровня не должно приводить к изменению других уровней.

Взаимодействие между системами осуществляется посредством протокола и интерфейса.

Каждый уровень системы А использует услуги, предоставляемые ему нижестоящим уровнем, чтобы осуществить связь с соответствующим ему уровнем системы В. При этом нижестоящий уровень называется источником услуг, а вышестоящий - пользователем услуг.

Напомним, что эталонная модель описывает, как информация переносится через среду, для чего разбивает сеть по горизонтали на семь уровней, и чтобы связь могла состояться, каждый уровень должен выполнить заранее заданный набор функций. Она определяет следующие уровни: прикладной (7), представительный (6), сеансовый (5), транспортный (4), сетевой (3), канальный (2) и физический (1) уровни.

Рисунок 7 Уровневая модель взаимодействия

При сетевом присоединении необходимо обеспечить согласование работы «сигнализаций» обеих сетей. Минимальное время на обеспечение согласованности достигается, если оборудование поставляется одним поставщиком, в противном случае достижение такой согласованности может потребовать большего времени.

Для обеспечения взаимодействия компонентов транспортной сисиемы ССП применяются протоколы маршрутизации и управления.

Протокол маршрутизации внутреннего шлюза (IGRP - Interior Gateway Routing Protocol) обеспечивает выполнение задач маршрутизации в пределах автономной системы (AS), имеющей произвольно сложную топологию и включающую в себя средства транспортировки с разнообразными характеристиками ширины полосы пропускания и задержек. Автономная система фактически является набором сетей, которые находятся под единым управлением и совместно используют общую стратегию маршрутизации.

IGRP является протоколом, использующим информацию вектора расстояния. Протоколы маршрутизации по вектору расстояния требуют от каждого маршрутизатора отправления через определенные интервалы времени всем соседним маршрутизаторам всей информации своей маршрутной таблицы или ее части в сообщениях о корректировке маршрута. По мере того, как маршрутная информация распространяется по сети, маршрутизаторы получают возможность вычислять расстояния до всех узлов объединенной сети.

Протоколы маршрутизации с вектором расстояния часто противопоставляют протоколам маршрутизации с указанием состояния канала, которые отправляют информацию о локальном соединении участков соединений во все узлы объединенной сети. Примерами протоколов, использующих алгоритм маршрутизации с указанием состояния канала, являются протокол установления соединения с алгоритмом поиска наикратчайшего пути (Open Shortest Path First -- OSPF) и протокол типа «Промежуточная система -- Промежуточная система» (Intermediate System to Intermediate System -- IS-IS).

Для обеспечения дополнительной гибкости IGRP разрешает многотрактовую маршрутизацию. Дублированные линии с одинаковой шириной полосы могут пропускать отдельный поток трафика циклическим способом с автоматическим переключением на вторую линию, если первая линия выходит из строя. Несколько трактов могут также использоваться даже в том случае, если характеристики этих трактов различны. Например, если один тракт в три раза лучше другого благодаря тому, что его показатели в три раза выше, то лучший тракт будет использоваться в три раза чаше. Для многотрактовой маршрутизации могут использоваться только маршруты с характеристиками, которые находятся в пределах определенного диапазона показателей наилучшего маршрута.

Следующим протоколом, использующим в маршрутизации является протокол OSPF, который функционирует в режиме с объявлением состояния о канале (Link-State). Это значит, что он требует отправки информации о состоянии канала (Link-State Advertisement -- LSA) во все маршрутизаторы, которые находятся в пределах одной и той же иерархической области.

В протокол OSPF включается информация о подключенных интерфейсах, об использованных ресурсах и других переменных. По мере накопления маршрутизаторами OSPF информации о состоянии каната, они для расчета наикратчайшего пути к каждому узлу получают возможность применить алгоритм «поиска наикратчайшего пути».

Протокол внешних шлюзов (EGP - Exterior Gateway Protocol) является динамическим протоколом маршрутизации, он использует очень простую схему. Протокол не учитывает показатели характеристик и, следовательно, не может принимать по-настояшему интеллектуальных решений о маршрутизации. Сообщения корректировки маршрутизации EGP содержат информацию о доступности сетей. Другими словами, они указывают, что доступ к определенным сетям организуется через определенные маршрутизаторы.

2.3 Назначение протокола MPLS в транспортной системе ИКС

Основная идея разработки технологии многопротокольной коммутации на основе меток состоит в том, чтобы реализовать возможность передачи трафика по наименее загруженным маршрутам IP-сети и обеспечить легкость конфигурирования других сетей с одновременной поддержкой гарантии качества передачи, а также присвоения приоритетов различным видам трафика.

Многопротокольная коммутация меток MPLS (Multiprotocol Label Switching) новая архитектура построения магистральных сетей, которая значительно расширяет имеющиеся перспективы масштабирования, повышает скорость обработки трафика и предоставляет огромные возможности для организации дополнительных услуг.

Технология MPLS сочетает в себе возможности управления трафиком, присущие технологиям канального уровня, и масштабируемость и гибкость протоколов, характерные для сетевого уровня.

Главная особенность технологии MPLS - это отделение процесса коммутации пакета от анализа IP-адреса в его заголовке, что позволяет осуществлять коммутацию пакетов значительно быстрее. В соответствии с протоколом MPLS маршрутизаторы и коммутаторы присваивают на каждой точке входа в таблицу маршрутизации особую метку и сообщают эту метку соседним устройствам.

Наличие таких меток позволяет маршрутизаторам и коммутаторам, поддерживающим технологию MPLS, определять следующий шаг в маршруте пакета без выполнения процедуры поиска адреса. На сегодняшний день существуют три основные области применения MPLS:

· управление трафиком;

· поддержка классов обслуживания (CoS);

· организация виртуальных частных сетей (VPN).

Расположение технологии MPLS в семиуровневой модели ВОС показано на рис. 8

Рис. 8 Плоскости MPLS

Сетевой уровень - это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах.

В данном случае "подсеть" - это, по сути, независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом). Так как две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей.

Сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей.Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.

Канальный уровень обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, а также вопросы упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.

Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

"Multiprotocol" или "многопротокольный". очначает, что технология MPLS применима к любому протоколу сетевого уровня, т.е. MPLS -это протокол, способный транспонировать информацию множества других протоколов высших уровней модели OSI.

Таким образом, технология MPLS является независимой от протоколов уровней 2 и 3 в сетях IP, ATM и Frame Relay, а также взаимодействует с существующими протоколами маршрутизации.

Представленная на рис. 8 плоскость пересылки данных MPLS не образует полноценного уровня, она "вклинивается" в сети IP, ATM или Frame Relay между 2-м и 3-м уровнями модели OSI, оставаясь независимой от этих уровней.

...