2.Телекоммуникационнаясистема (ткс): Аналоговое и цифровое кодирова ние. Синхронизация элементов ткс.

Пересылка данных от одного узла ТКС другому производится последовательной передачей всех битов сообщения. Физически информационные биты передаются в видеаналоговых или цифровых электрических сигналов.Аналоговое кодированиеАналоговый сигнал имеет непрерывные значения в некотором диапазоне, не чувствит;елен кзатуханию. Применявтся при передаче цифровыхданных по телефонным (аналоговым) линиям связи, доминирующих в региональныхи глобальных сетях, изначально предназначенными дляпередачи голоса. Цифровыесигналы преобразуются в аналоговую форму с помощьюмодема (модулятор-демоду, лятор).Возможны три метода преобразования цифрового сигнала в аналоговую форму: 1. Амплитудная модуляция. Изменяется амплитуда несущейсинусоидальных колебаний,при передаче 1 - амплитудаустанавливается большой, при передаче нуля - малой. 2.Частотная модуляция. Мен^ется частота, 0 - низкая частота, 1 - высокая частота. 3.Фазовая модуляция. Меняется фаза при переходе от 1 кО или от 0 к 1 фаза меняетсяна 180 градусов. Передающий модем преобразует сигнал несущей (амплитуду, частоту или фазу), принимающи й модем выполняет обратное преобразование. Наиболее,распространены частотная иамплитудная модуляция.Цифровое кодирование.Изменяется уровень сигналов. Например, если в ЭВМ цифровые данные кодируются1 - 5 в, 0 - 0.2 в, то при передаче по линии связи сигналы преобразуют в +12 в и-12вСинхронизация элементов ТКССинхронизация - это часть протокола связи. При синхронизации происходит синхронная работа приемника и пере датчика, приемник выбираетбит строго в момент его прихода, синхросигал настраивает приемник до начала приема и поддерживают синхронизацию с приходящими бит^ми.Различают следующие виды передачи: 1. Синхронная передача: 2. Асинхронная передача; 3.Передача с автоподстройкой

Синхронная передача.Имеет дополнительную линию связи, кроме основной, покоторой передаются данные,для передачи синхронизирующих импульсов (СИ) стабильной частоты. Каждый СИ подстраивает приемник. Выдача битов данных в линию связи передатчиком и выборка сигналов приемником проводятся в моменты появления СИ. Синхронизация здесьнадежна, но требуется дополнительная линия связи.Асинхронная передача.Данные передаются небольшими блоками, обычно байтами. Перед каждым байтомпосылается стартбит, после -стопбит. Этим достигается синхронизация. Применяетсяв системах с низкими скоростями передачи данных. Дополнительной линии не требует.Асинхронным называетея потому, что каждый байт ^ожет быть смещен во времени относительно предыдущего, но это не влияет на корректность.Передача с автоподстрой кой.

Синхронизация достигаетсяприменением самосинхронизирующих кодов. Применяется в современных скоростиых системах. При кодировавии применяются регулярныеизменения уровня сигнала,переход уровня сигнала от высокого к низкому используется для подстройки приемыика. Чем чаще переходы, тем надежнее синхронизацияРассмотрим наиболеераспространенные коды: NRZ-код,RZ-код, Манчестерский код,Биполярный кодNRZ-код. Простой, дешевый.Однако при передаче однойменных битов (нулей или единиц) уровень сигнала остается неизменным, что снижает качество синхронизации инадежность распознаваниябитов.RZ-код. Во время передачи одного бита уровень сигналаменяется дважды.Манчестерский код. Изменение уровня сигнала для каждого бита, при передаче сер ий одноименных битов - двойное изменение. Применяется при записи на магнитнуюленту, при передаче по коаксиальным и оптоволоконнымлиниям. Обладает хорошими синхронизирующими свойствами.Биполярный код. Хорошо синхронизирует при передачесерий единиц, при передаченулей синхронизация отсутствует.3.Телекоммуникационнаясистема (ТКС): Методы передачи данных канального уровня.Существенные харакгеристики канальных протоколов- Асинхронный или синхронный.- Символьно-ориентированные или байт-ориентированные.- Передача с установлениемсоединения и без установления соединения (дейтаграммы).- С обнаружением и коррекцией ошибок и без обнаруженияАсинхронный - синхронныйАсиннхронный оперирует с отдельным символом, которые представлены байтом со старт-стоповым сигналом. Этостарый способ связи, сейчас используется для связи телетайпов, клавиатур и дисплеев. Применяется стандартный набор символов ASCII или EBCDIC.В синхронных протоколах пересылаются кадры, которыеимеют заголовок, поле данных и концевик Все биты кадрапередаются непрерывным потоком. Приемник должен распознать границу каждого поля. Большинство протоколов допускают переменнуюдлину поля данных.Символьно-ориентированные - бит -ориентированные.Это относится к синхронным

протоколам. Отличие в методе синхронизации символови кадров. Символьно-ориентированные протоколы используют для передачи текстовых файлов. Передатчик добавляет управляющие символы перед каждым блоком, в конце кадра ставит другой управляющий символ. Бит-ориентированные протоколы эффективны для передачи двоичных данных (более современный, используется и дляпередачи символов). Настраивают приемник на побитныйприем кадра.Передача с установлением соединения и без установления соединения (дейтаграммы).Передача с установлениемсоединения более надежна,но требует больше времени.Получателю отправляется служебный кадр с предложениемустановить соединение.В ответ получатель посылает подтверждение соединения и предлагает некоторые параметры этого соединения.Инициатор соединения может послать третий служебныйкадр, в котором сообщает, что параметрыему подходят.На этом логическое соединение считается устаноеленным. Можно передавать данные. После данных узел посылает служебный кадр, разрывающий логическое соединение.

Процедура установления соединения может использоваться для: 1. Взаимной аутентификации пользователей, оборудования. 2. Для согласования изменяемых параметров протокола. 3. Обнаружения и коррекции ошибок. 4. Для динамической настройкикоммутаторов сети для маршрутизациипоследующих кадров.При дейтаграммной передач

е кадр посылается в сеть без предупреждения, протоколне несет ответственности заего утерю.С обнаружением и коррекцией ошибок и без обнаружения.Большинство протоколов канального уровня обнаружив ает ошибку (Ethernet, TokenRing, FDDI), а коррекгировать ее оставляют верхним уровням. Эти протоколы работают в сетях, где искажение ипотеря кадра - редкое событие и не нужно терять времяна восстановление, оно избыточно Протоколы LLC2 LAP-В самостоятельно восстанавливаю искаженные и утерянные кадры. Такие протоколы должны работать в ненадежных сетях (X.25) Методы обнаружения ошибок основаны на передаче контрольной суммы. Она вычисляется как функция от основной информации (не обязательно сумма). Принимающая сторонаповторно вычисляет контрольную сумму кадра по известному алгоритму, и сравнивает с полученнойконтрольнойсуммой. Если суммы совпадают, то данные переданы к орректно. Методы коррекцииошибок основаны на повторной передаче кадраданных.Отправитель нумерует кадры и ожидает от приемника положительную о том, что кадр принят и корректен. Времяожидания ограничено, еслипо его истечении квитанцияне получена, кадр считается утерянным. В случае некорректной передачи кадра, приемник отправляет отрицательную квитанцию - явное указание на то, что кадр нужно пе редать повторно.С поддержкой динамической компрессии данныхи без поддержки.Сжатие данных применяетсядля сокращения времени ихпередачи. Но на компрессию передающая и принимающая стороны тратят дополни тельное время, выгоды компрессии заметны в низкоскоростных каналах (до 64 Кбит/с). Многие программные и аппаратные средства способн ы выполнять динамическуюкомпрессию (WINZIP выполняет статическую). 4.Методы коммутации: Классификация. Коммутация каналов.Классификация

-Любые сети поддерживаютнекоторый способ коммутации своих абонентов между собой.-Этими абонентами могут быть удаленные компьютеры,

локальные сети, факсы, илисобеседники, говорящие потелефону.- Невозможно предоставитькаждой паре некоммутируемую физическую линию связидля монопольного владенияв течение длительного врем ени.- На рис представлена типичная структура сети с коммутацией абонентов.- Коммутация абонентов обеспечивает физическими каналами одновременного несколько сеансов связи.- Абоненты соединяются с к оммутаторами индивидуальными линиями связи- Между коммутаторами линии связи разделяются несколькими абонентами, т.е. используются совместноКоммутируемые и выделенные каналы связиВ выделенных каналах аппаратура узлов постоянно соединена между собой. Высокая степень готовности системы к передаче информации,высокое качество связи, бол ьшой обьем трафика.Коммутируемые каналы связываются только на время п ередачи информации.Существует три принципиально различные схемы комму тации: 1. коммутация каналов; 2. коммутация пакетов; 3.коммутация сообщенийСети с коммутацией каналовведут свою родословную оттелефонных сетей. Сети с коммутацией сообщений послужили прототипом современных сетей с коммутацией пакетов. Коммутация пакетов сравнительно молода, эксперты считают, что будущее принадлежит коммутации пакетов, как более гибкой и универеальной. Коммутация с промежуточным хранением. Заранее сквозной канал не устанавливается. Передатчик связывается с ближайшим узлом сети и передает ему информацию. Информация будет хранится в каждом узле попути следования.Сети с коммутацией пакетови каналов можно разделитьна два класса по другому принципу: 1. Постоянная комм утация (арендуемый канал);2. Динамическая коммутацияДинамическая коммутацияСеть разрешает установитьсоединение по инициативе пользователя. Коммутация выполняется на время сеансасвязи, а затем по инициативе пользователя связь разрушается. Период коммутацииот нескольких секунд до часов, завершается после выполнения определенной работы - передачи файла, просмотра текста изображения. При меры : телефонные сети, локальные сети, сети TCP/IP.Постоянная коммутация(арендуемый канал).Сеть позволяет заказать соединение на длительный период времени (несколько месяцев). Соединение устанавливается не пользователем, аперсоналом сети. Пример, сети SDN, на основе которыхстроится выделенный каналв несколько Гигабит/с. Некоторые типы сетей поддерживают оба режима (ATM Х.25).Коммутация цепей (каналов).Между конечными пунктамиво время соединения идет обмен информацией в реальном времени. До начала передачи между абонентами уст анавливается сквозной канал связи. Канал формируетсяиз отдельныхучастков с одинаковой пропускной способностью. Если при установлении сквозного канала занятоодно из звеньев, нужно повторить вызов. Например, на приведенном ранее рисунке 1узел 1 передает данныеузлу 2. 1 передает коммутаторуА запрос на установление соединения, указав адрес 7.Коммутатор А выбирает маршрут образования составного канала, передает запрос следующему коммутатору Е. Коммутатор Е передает запрос коммутатору F, а тот ужеузлу 7. Если узел 7 принимает запрос на установление соединения, то отправляет по установленному каналу ответ узлу 1. После чего составной канал установлен, узлы 1и 7 могут обмениваться данными, например вести телеф онный разговор. Коммутаторы и соединяющие их каналы'могут одновременно передавать данные нескольких абонентских каналов, т.е. поддерживать технику мультиплексирования нескольких абонентских каналов.В настоящее время используются две техники: 1. Частотное мультиплексирование F DM; 2. Разделение времениTDMЧастотное мультиплексиpoBaHwe(FDM).

Разработана для телефонных сетей, но применяется идля кабельноготелевидения.На рис. приведена техникамодуляции высокочастотного несущего синусоидального сигнала низкочастотным речевым сигналом. В результате спектр модулированногосигнала переносится в другой диапазон, который симметрично располагается относительно несущей частоты.Если сигналы каждого абонентского сигнала перенести всвой собственный диапазончастот, то в одном широкополосном канале можно одновременно передавать сигналы нескольких абонентских к аналов. На входы коммутатора поступают сигналы от абонентов, коммутатор переносит частоту каждого канала всвой диапазон. Выходной коммутатор выделяет сигналыкаждой несущей частоты и передает их на соответствую щий выходной канал.Разделение времени(ТОМ).Применяется для цифровойформы. Аппаратура TDM-сетей - мультиплексоры, коммутаторы, демультиплексоры.Работает в режиме разделения времени, поочередно обелуживая все абонентские каналы во время одного цикла(рис. 4) Цикл 125 мкс. Каждому соединению выделяетея квант времени цикла (тайм-слот). Мультиплексор принимает информацию по N входным сигналам от конечных а

бонентов.В каждом цикле мультиплексор выполняет следующиедействия:- Прием от каждого канала байта данных- Составление из байтов уплотненного кадра - обоймы- Передача обоймы на выходной канал.Порядок байт во входной обойме соответствует номеруего входного канала. Коммутатор принимает обойму, записывает ее в свою память,меняет их очередность так,чтобы номер байта в обойметеперь соответствовал номеру принимающего канала. Т.'е. адресом байта является его порядковый номер в обойме. Демультиплексор разбирает байты, распределяет ихпо каналам согласно их номеру в обойме. Сегодня практически все данные (голос, и зображение, компьютерныеданные) передаются в цифровой форме. Поэтому выделенные каналы TDM-технологии являются универсальным и для построения сетей любого типа (телефонных, телевизионных,компьютерных) 5.Методы коммутации: Коммутация пакетов. Коммутация сообщения.

Любые сети поддерживаютнекоторый способ коммутации своих абонентов между собой. Этими абонентами могут быть удаленные компьютеры,локальные сети, факсы,или собеседники, говорящие по телефону. Невозможно предоставить каждой паре некоммутируемую физическую линию связи длямонопольного владения в течение длительного времени. На рис п редставлена типичная струю-ура сети с коммутацией або нентов. Коммутация абонентов обеспечивает физическими каналами одновременно несколько сеансов связи. Абонентысоединяются с коммутаторами индивидуальными линиями связи. Между коммутаторами линии связи разделяются несколькими абонентамит.е. используются совместноКоммутируемые и выделенные каналы связи В выделенных каналах аппаратура узлов постоянно соединена между собой. Высок ая степень готовности системы к передаче информации,высокое качество связи, большой обьем трафика.Коммутируемые каналы связываются только на время п ередачи информации.Существует три принципиально различные схемы коммутации: 1. коммутация каналов; 2. коммутация пакетов; 3.коммутация сообщений Сети с коммутацией каналовведут свою родословную оттелефонных сетей. Сети с коммутацией сообщений поелужили прототипом современных сетей с коммутацией па кетов. Коммутация пакетов сравнительно молода, экспер ты считают, что будущее принадлежит коммутации пакетов, как более гибкой и универеальной. Коммутация с промежуточным хранением. Заранее сквозной канал не устанавливается. Передатчик связывается с ближайшим узл ом сети и передает ему инф'ормацию. Информация будет хранится в каждом узле по пути следования.Сети с коммутацией пакетови каналов можно разделить на два класса по другому принципу: 1. Постоянная коммутация (арендуемый канал);2. Динамическая коммутацияДинамическая коммутация.

Сеть разрешает установитьсоединение по инициативе пользоеателя. Коммутация выполняется на время сеансасвязи, а затем по инициатив е пользователя связь разрушается. Период коммутацииот нескольких секунд до часов, завершается после выполнения определенной работ¹ы - передачи файла,просмотра текста изображения. Примеры : телефонные сети, локальные сети, сети TCP/IP.Постоянная коммутация (арендуемый канал). Сеть позволяет заказать соединение надлительный период времени(несколько месяцев). Соединение устанавливается не п ользователем, а персоналом¹сети. Пример, сети SDN, наоснове которых строится выделенный канал в несколькоГигабит/с. Некоторые типы с етей поддерживают оба режима (ATM Х.25). Коммутация пакетовЭта техника специально разработана для передачи комп ьютерного трафика. Типичные сетевые приложения генер¹ируют пульсирующих характ-ер трафика. Например, при обращении к удаленному фай

ловому серверу, пользователь сначала просматривает каталог (передается неболыиой обьем данных), затем открывает нужный файл в текст овом редакторе (интенсивный обмен), работает с файломлокально (нет передачи), заУем сохраняет файл (опять интенсивный обмен). Коэффиц иент пульсации (отношениесредней активности к максимально возможной) может составлять 1:50 или 1:100. Еели для описанной сессии использовать коммутацию канала между компьютерами пользователя и сервера, то большую часть времени кана-rfбудет простаивать в то же времякоммутационныевозмо жности сети будут использоваться - часть тайм-слотов или частотных полос коммутаторов будут заняты. При коммутации пакетов сообщение в исходном узле разбиваетея на небольшие части (пакеты). Пакет снабжается заголовком, куда помещается адр^ее получателя и номер пакета в сообщении, (рис.5) Пакеты транспортируются в сетинезависимо. Коммутаторы принимают пакеты от конечных пользователей, на основании адреса передают их другдругу, в конечном итоге - получателю.Коммутаторы пакетной сети могут хранить пакеты, пока канал занят, пакет¹стоит вочереди пакетов. Такая схема сглаживает пульсации трафика намагистральных линиях, повышает пропускную способность сети в це лом.Описанный механизм передачи пакетов предполагает независимую маршрутизациюпакетов (дейтаграммный режим). Существует и другой ре> жим - передача пакетов по виртуальному каналу. Передпередачей данных устанавливается виртуальный канал -единственный маршрут - соединяющий конечные узлы.Виртуальный канал устанавливается при передаче в сеть запроса на установление канала. Запрос прокладываетвиртуальный канал, коммута!торы запоминают маршрут для данного соединения и все пакеты отправляются этиммаршрутом. При отказе коммутатора или канала на пути виртуального канала соединение разрывается и виртуальный канал нужно прокладывать заново.Коммутация сообщений.Под коммутацией сообщен^ й понимается передача единого блока данных между транзитными компьютерами сети с временной буферизацией этого блока на диске кажд ого компьютера, (рис.7) Сообщение - это текстовый документ, файл, электронное письмо. Транзитные компьютеры могут соединятся меду со бой как сетью с коммутацие'й пакетов, так и сеть с коммутацией каналов. По такой схеме передаются сообщения, не требующие немедленн ого ответа. Режим коммутации сообщений разгружает сеть для передачи трафика, требующего быстрого ответа,например WWW. Сегодня к оммутация сообщений работает для неоперативных служб, поверх сети с коммутацией пакетов.6.Маршрутизация пакетов в сетях.Маршрутизация - выбор маршрута от отправителя к получателю.Алгоритм маршрутизации - зто правило назначения выходной линии для передачи пакета.Оно основано на информации заголовка пакета и текущеи загрузке данного узла связи и всей ТКС в целом.Простая.Не учитывает изменение топологии сети и ее загрузку.Случайная маршрутизация.Из узла связи выбирается dдно случайное свободное направление. Пакет блуждаетпо сети, имеет некоторую вероятность достигнуть адресата.Лавинная маршрутизация.Пакет передается из узла повсем свободным линиям. Вследующем узле прибывшие дубликаты уничтожаются,'отправляется один пакет повсем направлениям. Фиксированная маршрутизация.Учитывает изменение топологии сети, но неучитывает изменение ее нагрузки. Маршрут выбирается по таблице маршрутов (каталогу). Каталогопределяет кратчайший путь. Каталоги заново составлявтся в центре управления сетью при изменении топологии сети.Адаптивная.Направление определяетсяс учетом изменения топологии и нагрузки сети.Локальная.Использует информацию данного узла: таблицу маршрутов, состояние выходных лИний связи (работают или нет) , длину очереди пакетов. Состояние других узлов сети не учитывается. Распределенная.Использует информацию своего локального узла и соседних узлов. Узлы периодически обмениваются с соседями таблицами задержки, где указана нагрузка (длина очереди пакетов). Централизованная.Каждый узел периодическипередает свое состояние (дл ину очередей и работоспособность линий связи) в центрмаршрутизации. По этим данным центр для каждого узла составляет таблицу маршр утов.Гибридная.Таблицы, рассылаемые центром, используются наряду санализом местной информации.