Адаптационный уровень AAL-1.

Модель TCP/IP.

3. Модель NGN.

4. Модель ATM.

 

1. Сетевая модель OSI.

В начале эксплуатации компьютерных сетей каждый пользователь строил сети по своему разумению и, поэтому, эти сети невозможно было сопрягать и результаты, полученные в одной из них, невозможно было использовать в другой.

К концу 70-х годов в мире уже существовало большое количество фирменных стеков коммуникационных протоколов, среди которых можно назвать, напри­мер, такие популярные стеки, как DECnet, TCP/IP и SNA. Такое разнообразие средств межсетевого взаимодействия вывело на первый план проблему несо­вместимости устройств, использующих разные протоколы.

Одним из путей раз­решения этой проблемы в то время виделся всеобщий переход на единый, общий для всех систем стек протоколов, созданный с учетом недостатков уже сущест­вующих стеков.

Такой академический подход к созданию нового стека начался с разработки модели OSI и занял семь лет (с 1977 по 1984 год). Назначение моде­ли OSI состоит в обобщенном представлении средств сетевого взаимодействия. Она разрабатывалась в качестве своего рода универсального языка сетевых спе­циалистов, именно поэтому ее называют справочной моделью.

В 1978 году Международный комитет по стандартизации (ISO) разработал стандарт архитектуры ISO 7498, для объединения различных сетей. В разработке участвовало 7 комитетов, каждому из них был отведён свой уровень. В 1980 году IEEE опубликовал спецификацию 802, детально описавшую механизмы взаимодействия физических устройств на канальном и физическом уровнях модели OSI. В 1984 году спецификация модели OSI была пересмотрена и принята как международный стандарт для сетевых коммуникаций.

Сетевая модель OSI (англ. open systems interconnection basic reference model - Базовая Эталонная Модель Взаимодействия Открытых Систем (ЭМВОС)) - сетевая модель стека (магазина) сетевых протоколов OSI/ISO (ГОСТ Р ИСО/МЭК 7498-1-99). Посредством данной модели различные сетевые устройства могут взаимодействовать друг с другом. Модель определяет различные уровни взаимодействия систем. Каждый уровень выполняет определённые функции при таком взаимодействии.

Сетевая модель OSI представляет собой схему работы (или план действий по обмену данными) для сетевых устройств. Эта модель описывает правила и процедуры передачи данных в различных сетевых средах при организации сеанса связи.

Также OSI играет роль в создании новых сетевых протоколов, так как служит эталоном взаимодействия.

Основными элементами модели являются уровни, прикладные процессы и физические средства соединения. На рис. 1 представлена структура базовой модели. Каждый уровень моделиOSI выполняет определенную задачу в процессе передачи данных по сети. Базовая модель является основой для разработки сетевых протоколов. OSI разделяет коммуникационные функции в сети на семь уровней, каждый из которых обслуживает различные части процесса области взаимодействия открытых систем.

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, не касаясь приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к системным средствам. Если приложение может взять на себя функции некоторых верхних уровней модели OSI, то для обмена данными оно обращается напрямую к системным средствам, выполняющим функции оставшихся нижних уровней модели OSI.

 

Рис. 1. Модель OSI

Модель OSI можно разделить на две различных модели, как показано на рис. 2:

- горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах;

- вертикальную модель на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одной машине.

Рис. 2. Схема взаимодействия компьютеров в базовой эталонной модели OSI

Перед подачей в сеть данные разбиваются на пакеты.

Пакет ( packet ) – это единица информации, передаваемая между станциями сети. При отправке данных пакет проходит последовательно через все уровни программного обеспечения. На каждом уровне к пакету добавляется управляющая информация данного уровня (заголовок), которая необходима для успешной передачи данных по сети, как это показано на рис. 3, где Заг – заголовок пакета, Кон – конец пакета.

На принимающей стороне пакет проходит через все уровни в обратном порядке. На каждом уровне протокол этого уровня читает информацию пакета, затем удаляет информацию, добавленную к пакету на этом же уровне отправляющей стороной, и передает пакет следующему уровню. Когда пакет дойдет до Прикладного уровня, вся управляющая информация будет удалена из пакета, и данные примут свой первоначальный вид.

Рис. 3. Формирование пакета каждого уровня семиуровневой модели

Каждый уровень модели выполняет свою функцию. Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает.

Отдельные уровни модели OSIудобно рассматривать как группы программ, предназначенных для выполнения конкретных функций. Один уровень, к примеру, отвечает за обеспечение преобразования данных из ASCII в EBCDIC и содержит программы необходимые для выполнения этой задачи.

Семиуровневая модель OSI является теоретической, и содержит ряд недоработок. Были попытки строить сети в точном соответствии с моделью OSI, но созданные таким образом сети были дорогими, ненадёжными и неудобными в эксплуатации.

Реальные сетевые протоколы, используемые в существующих сетях, вынуждены отклоняться от неё, обеспечивая непредусмотренные возможности, поэтому привязка некоторых из них к уровням OSI является несколько условной: некоторые протоколы занимают несколько уровней модели OSI, функции обеспечения надёжности реализованы на нескольких уровнях модели OSI.

Основная недоработка OSI — непродуманный транспортный уровень. На нём OSI позволяет обмен данными между приложениями (вводя понятие порта — идентификатора приложения), однако, возможность обмена простыми датаграммами (по типу UDP) в OSI не предусмотрена — транспортный уровень должен образовывать соединения, обеспечивать доставку, управлять потоком и т.п. (по типу TCP). Реальные же протоколы реализуют такую возможность.

Основных недостатки модели OSI:

1. Несвоевременность. Модель OSI появилась тогда, когда уже получили широкое распространение конкурирующие с ними протоколы TCP/IP.

2. Неудачная технология. Выбор семиуровневой структуры стал больше политическим решением, чем техническим. В результате два уровня (сеансовый и уровень представления) почти пусты, тогда как два других (сетевой и передачи данных) перегружены. Эталонная модель OSI вместе с соответствующими определениями служб и протоколами оказалась невероятно сложной.

3. Неудачная реализация. Учитывая огромную сложность модели и протоколов, громоздкость и медлительность первых реализаций не стали неожиданностью. Неудачу потерпели все, кто попытался реализовать эту модель. Поэтому вскоре понятие «OSI» стало ассоциироваться с плохим качеством. И хотя со временем продукты улучшились, ассоциации остались.

4. Неудачная политика внедрения.

Поскольку наиболее востребованными и практически используемыми стали протоколы (например TCP/IP), разработанные с использованием других моделей сетевого взаимодействия, появилась необходимость другого описания сетей. Им явилась модель TCP/IP.

Модель TCP/IP.

Изначально данный стек создавался для объединения больших компьютеров в университетах по телефонным линиям связи соединения «точка-точка». Но когда появились новые технологии, широковещательные (Ethernet) и спутниковые, возникла необходимость адаптировать TCP/IP, что оказалось непростой задачей. Именно поэтому наряду с OSI появилась модель TCP/IP.

Через модель описывается, как необходимо строить сети на базе различных технологий, чтобы в них работал стек протоколов TCP/IP.

Модель TCP/IP в сравнении с моделью OSI представлена на рис. 4.

Рис. 4. Модель TCP/IP в сравнении с моделью OSI

Самый нижний, уровень сетевых интерфейсов, обеспечивает взаимодействие с сетевыми технологиями (Ethernet, Wi-Fi и т. д.). Это объединение функций канального и физического уровней OSI.

Уровень интернет стоит выше, и по задачам перекликается с сетевым уровнем модели OSI. Он обеспечивает поиск оптимального маршрута, включая выявление неполадок в сети. Именно на этом уровне работает маршрутизатор.

Транспортный отвечает за связь между процессами на разных компьютерах, а также за доставку переданной информации без дублирования, потерь и ошибок, в необходимой последовательности.

Прикладной объединил в себе 3 уровня модели OSI: сеансовый, представления и прикладной. То есть он выполняет такие функции, как поддержка сеанса связи, преобразование протоколов и информации, а также взаимодействие пользователя и сети.

Недостатки модели TCP/IP.

1. Нет чёткого разграничения концепций служб.

2. Не является универсальной.

3. Хост – сетевой уровень скорее интерфейс между сеть и уровнями передачи данных.

4. Не различается физический уровень и уровень передачи данных.

5. Плохо продуманные протоколы

OSI протоколов мало, но хороша в теории. TCP/IP – протоколов много, а самой модели нет.

3. Модель NGN.

Сеть следующего поколения (NGN) - это концепция построения сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений. В состав NGN входит универсальная транспортная платформа с распределенной коммутацией.

Согласно Рекомендации Y.2001 МСЭ-Т, NGN (Next Generation Network) – это сеть с пакетной коммутацией, пригодная для предоставления услуг электросвязи и использования нескольких широкополосных технологий транспортирования с включенной функцией QoS, в которой связанные с обслуживанием функции не зависят от лежащих в основе технологий, ответственных за транспортировку. Она позволяет осуществлять беспрепятственный доступ пользователей к сетям и конкурирующим поставщикам услуг и/или к выбираемым ими услугам и поддерживает универсальную подвижность, обеспечивающую постоянное и повсеместное предоставление услуг пользователям.

QoS ( quality of service «качество обслуживания») - технология предоставления различным классам трафика различных приоритетов в обслуживании, также этимтермином в области компьютерных сетей называют вероятность того, что сеть связи соответствует заданному соглашению о трафике, или же, в ряде случаев, неформальное обозначение вероятности прохождения пакета между двумя точками сети.

Для построения сети, удовлетворяющей концепции GII, в функциональной модели NGN ITU выделяет три категории объектов: функции, сервисы, ресурсы. Сервисы реализуются различными функциями с помощью доступных ресурсов. Один и тот же сервис может реализовываться разным набором функций и наоборот, одна функция может использоваться для реализации различных сервисов. Их взаимосвязь показана на рис. 5. Функции NGN показаны на рис. 6.

Рис. 5. Обобщённая функциональная модель NGN

Рис. 6. Функции NGN

Одно из концептуальных отличий архитектуры сети NGN от предшествующих ей технологий – это принципиально иная модель логического взаимодействия подсистем (компонентов архитектуры). При классическом построении сети связи основными функциональными элементами сети являются узлы коммутации различных уровней иерархии, во взаимодействии с которыми работают узлы доступа. При этом одно и то же оборудование (узел связи) выполняет одновременно несколько функций: трансляцию пользовательской информации (данных), обслуживание вызова в процессе установления коммутируемого соединения, а также предоставление услуг и дополнительных видов обслуживания.

Преимущества и недостатки NGN.

1 Преимущества NGN .

1. Построение единой конвергентной сети. Создание единой конвергентной сетистало возможно при развитии инфокоммуникаций и проникновении электронно-вычислительной техники в классическую телефонную среду.

2. Снижение эксплуатационных расходов.

3. Эффективное управление сетью.

4. Применение NGN упрощает создание корпоративных сетей.  

5. Возможность организации распределённых контакт-центров. Внедрение NGN позволяет организовывать распределённые контакт-центры. Сотрудники предприятия, использующего данную функциональность, могут в определённых случаях вообще не выходить из дома.

6. Поддержка разнородных услуг. Сеть NGN позволяет организовать поддержку услуг совершенно противоположными свойствами - от телеметрии до широкополосного видео.

7. Поддержка информационной экономики.

Недостатки NGN.

1. Отсутствие чёткой нормативной базы. Для выбора конкретной технологии оператору необходимо обладать решительностью и богатым собственным опытом, который не всегда подсказывает оптимальные решения. Зачастую операторам и производителям самим приходится составлять требуемые документы.

2. Взаимодействие оборудования разных поставщиков. При отсутствии чёткой нормативной базы часто возникает проблема взаимодействия оборудования разных поставщиков.

3. Недостаточные надёжность и живучесть.

4. Проблема качества обслуживания. На сегодняшний день нет чёткого ответа на вопрос обеспечения качества обслуживания. Очевидно, что при переходе от традиционных сетей к сетям следующего поколения качество обслуживания, по меньшей мере, не должно ухудшиться.

5. Недостаточная квалификация персонала.

6. Проблема контента. Одной из главных проблем является недостаточная зрелость услуг нового поколения в новой бизнес-модели. Многие интернет-провайдеры жаждут интересного контента, однако никто не хочет платить за его разработку. Для нормального развития сетей NGN необходим мощный и качественный контент. Контент в данном случае - этоабсолютно любое информационно значимое либо содержательное наполнение информационного ресурса или веб-сайта.

7. Риски инвестиций.

На рис. 7 приведено соответствие модели ISO/OSI, модели TCP/IP и

модели NGN по уровням.

 

Рис. 7. Соответствие эталонной модели ISO/OSI, модели TCP/IP и

модели NGN по уровням

В зависимости от ситуации и технологической необходимости в настоящее время используется каждая из этих моделей.

4. Модель ATM.

ATM - очень гибкая технология; она позволяет передавать по сети различные типы трафика - голос, видео и данные, - обеспечивая при этом достаточную пропускную способность для каждого из них и гарантируя своевременную доставку восприимчивой к задержкам информации. Технология ATM может использоваться как для построения высокоскоростных локальных сетей, так и магистралей, объединяющих традиционные локальные сети. Кроме того, организации по стандартизации ATM уже разработали много стандартов на совместимость ATM, дающих возможность производителям создавать коммутаторы, которые могут взаимодействовать с коммутаторами других производителей, а также с традиционным оборудованием локальной сети.

Базовые принципы, лежащие в основе технологии ATM, могут быть выражены в трех утверждениях:

- сети ATM - это сети с трансляцией ячеек (cell-relay);

- сети ATM - это сети с установлением соединения (connection-oriented);

- сети ATM - это коммутируемые сети.

ATM – это пакетная технология коммутации, мультиплексирования и передачи, использующая пакеты малой и фиксированной длины, которые называются ячейками АТМ. Формат ячейки приведен на рис. 8. В ячейке постоянной длины 53 байта (октета) информация пользователя помещается в 48 байт, а заголовок ячейки, 5 байт, содержит информацию для передачи, мультиплексирования и коммутации в сети. Ячейки, передаваемые очень большими скоростями, например, 155Мбит/с или 622 Мбит/с, обеспечивают сети гибкость и эффективность использования ресурсов.

Рис. 8. Структура ячейки ATM

Технология ATM определена стандартом ITU-T как технология с ориентацией на соединение, то есть до передачи ячеек с данными между двумя оконечными узлами должно быть установление соединения. Для этого пользователь информирует сеть с помощью сигнальной системы о требованиях в отношении качества услуг (пиковое или среднее значение скорости передачи или ширины полосы частот).

Сеть с помощью сигнальной системы образует соединение через все промежуточные узлы. Соединение должно соответствовать требованиям пользователя. Если выделенная скорость передачи соответствует пиковой, то ATM не дает никаких преимуществ по сравнению с STM, которая работает с пиковыми значениями. Если выделенная скорость передачи меньше пиковой, то возрастает вероятность возникновения перегрузки сети. Для устранения перегрузок необходимо применение механизмов контроля перегрузок и управления трафиком.

Сеть ATM не только ориентирована на соединения, она может поддерживать передачу данных без установления соединения, то есть дейтаграммный режим. В случае если в сеть ATM не поступает нагрузки, по ней передается непрерывный поток пустых ячеек, которые могут заполнять пространство и между информационными ячейками.

Последовательность принимаемых ячеек в точке назначения одинакова последовательности ячеек, посылаемых от источника. В других пакетных сетях это условие необязательно.

Адаптационный уровень AAL-1.

Сервис (услуги) этого уровня называются услугами 1-го класса (или категории А) и предоставляются пользователю сети с постоянной скоростью (CBR). По всей линии передачи характеристики передачи данных определены, и время доставки данных строго ограничено.

Этот класс услуг имеет следующие характеристики:

· трафик представляет собой поток данных в виде блоков по 193 бита каждые 125 мкс;

· трафик чувствителен к изменениям задержки;

· трафик не допускает потери информации;

· трафик чувствителен к сжатию.

Функции, реализуемые в ААL, заключены в следующем:

· сегментации и восстановлении информации пользователя;

· управление отклонением времени задержки ячейки;

· управление искажениями и неверно введенными ячейками;

· восстановление источника синхронизации;

· наблюдение за ошибками байтов и управление этими ошибками;

· генерация и обнаружение структурного указателя.

Формат структурированных данных в AAL-1 представлен на рис. 9, а отображение циклов Е1 в ячейках АТМ на рис. 10.

Рис. 9. Формат структурированных данных в AAL-1

Рис. 10. Отображение циклов Е1 в ячейках АТМ