Файл: Учебное пособие СанктПетербург 2014.pdf

42 с другой допустить использование произвольных топологий, вводится до- полнительный сетевой уровень.
На сетевом уровне сам термин «сеть» наделяют специфическим значе- нием. В данном случае под сетью понимается совокупность компьютеров,
соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типо-
вых топологий и использующих для передачи данных один из протоколов ка-
нального уровня, определенный для этой топологии.
Внутри сети доставка данных обеспечивается соответствующим ка- нальным уровнем, а вот доставкой данных между сетями занимается сете-
вой уровень, который и поддерживает возможность правильного выбора
маршрута передачи сообщения даже в том случае, когда структура связей
между составляющими сетями имеет характер, отличный от принятого в
протоколах канального уровня. Сети соединяются между собой специальны- ми устройствами, называемыми маршрутизаторами.
Маршрутизатор – это устройство, которое собирает информацию о
топологии межсетевых соединений и на ее основании пересылает пакеты
сетевого уровня в сеть назначения. Чтобы передать сообщение от отправи- теля, находящегося в одной сети, получателю, находящемуся в другой сети, нужно совершить некоторое количество транзитных передач между сетями, или хопов (от hop – прыжок), каждый раз выбирая подходящий маршрут.
Т а к и м о б р а з о м , маршрут представляет собой последовательность мар- шрутизаторов, через которые проходит пакет.
Проблема выбора наилучшего пути называется маршрутизацией, и ее
решение является одной из главных задач сетевого уровня. Эта проблема ос- ложняется тем, что самый короткий путь не всегда самый лучший. Часто критерием при выборе маршрута является время передачи данных по этому маршруту; оно зависит от пропускной способности каналов связи и интен- сивности трафика, которая может изменяться с течением времени. Некото- рые алгоритмы маршрутизации пытаются приспособиться к изменению на- грузки, в то время как другие принимают решения на основе средних показа- телей за длительное время. Выбор маршрута может осуществляться и по дру- гим критериям, например надежности передачи.
На рис. 2.4 показаны четыре сети, связанные тремя маршрутизаторами.
Между узлами А и В данной сети пролегают два маршрута: первый че- рез маршрутизаторы 1 и 3, а второй через маршрутизаторы 1, 2 и 3.
В общем случае функции сетевого уровня шире, чем функции передачи сообщений по связям с нестандартной структурой, которые мы сейчас рас- смотрели на примере объединения нескольких локальных сетей. Сетевой
уровень решает также задачи согласования разных технологий, упрощения
адресации в крупных сетях и создания надежных и гибких барьеров на пути
нежелательного трафика между сетями.

43
Рис. 2.4. Пример составной сети
Сообщения сетевого уровня принято называть пакетами (packets).
При организации доставки пакетов на сетевом уровне используется понятие
«номер сети». В этом случае адрес получателя состоит из старшей части – номера сети и младшей – номера узла в этой сети. Все узлы одной сети должны иметь одну и ту же старшую часть адреса, поэтому термину «сеть» на сетевом уровне можно дать и другое, более формальное определение:
сеть – это совокупность узлов, сетевой адрес которых содержит один и
тот же номер сети.
На сетевом уровне определяются два вида протоколов [6, 7]:
1) сетевые протоколы (routed protocols) – реализуют продвижение па-
кетов через сеть;
2) протоколы маршрутизации (routing protocols). С помощью этих про- токолов маршрутизаторы собирают информацию о топологии межсе- тевых соединений.
На сетевом уровне работают протоколы еще одного типа, которые от- вечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в ло- кальный адрес сети. Такие протоколы часто называют протоколами разре-
шения адресов – Address Resolution Protocol, ARP. Иногда их относят не к се- тевому уровню, а к канальному, хотя тонкости классификации не изменяют их сути. Примером протоколов сетевого уровня являются протокол межсете- вого взаимодействия IP стека TCP/IP.
Транспортный уровень обеспечивает приложениям или верхним уров-
ням стека – прикладному и сеансовому – передачу данных с той степенью
надежности, которая им требуется [6, 7]. Модель OSI определяет различ- ные классы сервисов по поддержанию качества обслуживания, предостав- ляемых транспортным уровнем (рис. 2.5) [6, 7]:
 срочность;
 возможность восстановления прерванной связи;
 наличие средств мультиплексирования нескольких соединений ме- жду различными прикладными протоколами через общий транс- портный протокол;
 способность к обнаружению и исправлению ошибок передачи, таких как искажение, потеря и дублирование пакетов.

44
Выбор класса сервиса транспортного уровня определяется, с одной стороны, тем, в какой степени задача обеспечения надежности решается са- мими приложениями и протоколами более высоких, чем транспортный, уровней, а с другой стороны, этот выбор зависит от того, насколько надеж- ной является система транспортировки данных в сети, обеспечиваемая уров- нями, расположенными ниже транспортного – сетевым, канальным и физиче- ским.
Как правило, все протоколы, начиная с транспортного уровня и выше, реализуются программными средствами конечных узлов сети – компонента- ми их сетевых операционных систем.
Приложение конечного пользователя
Сетевой уровень
Канальный уровень
Физический уровень
Транспортный уровень
Прикладной уровень
Представительный уровень
Сеансовый уровень
Приложение конечного пользователя
Сетевой уровень
Канальный уровень
Физический уровень
Транспортный уровень
Прикладной уровень
Представительный уровень
Сеансовый уровень
Сетевой уровень
Канальный уровень
Физический уровень
Компьютер А
Компьютер Б
Сеть передачи данных
Сетенезависимые протоколы
Сетезависимые протоколы
Коммуникационные устройства сети
Рис. 2.5.Соответствие функций устройств сети уровням модели OSI
Протоколы нижних четырех уровней обобщенно называют сетевым транспортом или транспортной подсистемой, так как они полностью решают задачу транспортировки сообщений с заданным уровнем качества в состав- ных сетях с произвольной топологией и различными технологиями. Осталь-

45 ные три верхних уровня решают задачи предоставления прикладных серви- сов на основании имеющейся транспортной подсистемы.
Сеансовый уровень обеспечивает управление диалогом: фиксирует,
какая из сторон является активной в настоящий момент, предоставляет
средства синхронизации. Последние позволяют вставлять контрольные точки в длинные передачи, чтобы в случае отказа можно было вернуться назад к последней контрольной точке, а не начинать все с начала [6, 7].
Представительный уровень имеет дело с формой представления пе-
редаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. На
этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных, бла-
годаря которому секретность обмена данными обеспечивается сразу для
всех прикладных служб. Примером такого протокола является протокол
Secure Socket Layer (SSL), который обеспечивает секретный обмен сообще- ниями для протоколов прикладного уровня стека TCP/IP [6, 7].
Прикладной уровень– набор разнообразных протоколов, с помощью
которых пользователи сети получают доступ к разделяемым ресурсам, та-
ким как файлы, принтеры или гипертекстовые Web-страницы, а также ор-
ганизуют свою совместную работу, например, с помощью протокола элек-
тронной почты. Приведем в качестве примера несколько наиболее распро- страненных реализации файловых служб: NFS, FTP и TFTP, входящие в стек
TCP/IP [6, 7].
Глава 2 основана на материале работ [6, 7].

46
3 ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЕДИНОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
3.1 Единая сеть электросвязи – национальная транспортная
магистральная сеть
Для организации информационного обмена между отдельными локаль- ными и глобальными сетями развертывается транспортная сеть (ТС), реали- зующая сервисы транспортировки информационных потоков между отдель- ными абонентами, а также предоставление потребителям информационных сервисов, таких как радио, ТВ, факсимильная и другие виды связи.
Транспортная сеть связи – это совокупность ресурсов, выполняющих
функции транспортировки информационных потоков в телекоммуникацион-
ных сетях (ТКС) – рис. 3.1. Она включает не только системы передачи, но и
относящиеся к ним средства контроля, оперативного переключения, резер-
вирования, управления [6, 7].
Рис. 3.1. Телекоммуникационная сеть, состоящая из магистральной транспортной сети и абонентов, подключенных к ней через сети доступа
Как правило, транспортные сети разворачиваются в национальном масштабе. В России такой транспортной системой является единая сеть
электросвязи (ЕСЭ), которая ранее именовалась взаимоувязанная сеть
связи (ВСС).
Организационно ЕСЭ – это совокупность взаимоувязанных сетей элек- тросвязи, находящихся в ведении различных операторов связи (основным из которых является ОАО Ростелеком) имющих право предоставлять услуги электросвязи.

47
Единая сеть электросвязиРоссии сегодня представляет собой совокуп- ность сетей (рис. 3.2) [6, 4, 8, 9, 10, 13]:
 сети связи общего пользования;
 ведомственных сетей и сети связи в интересах управления, обороны, безопасности и охраны правопорядка.
Главная составляющая ЕСЭ – это сети связи общего пользования, от- крытые для всех физических и юридических лиц на территории России.
Архитектура ЕСЭ России приведена на рис. 3.3.
Рис. 3.2. Структура ЕСЭ РФ
Архитектурно ЕСЭ, как система связи, представляет собой иерархиче- скую трехуровневую систему (рис. 3.3) [6, 8, 9, 10, 13]:
 первый уровень – первичная сеть передачи, представляющая типо- вые каналы и групповые тракты передачи для вторичных сетей;
 второй уровень – вторичные сети, т. е. коммутируемые и некомму- тируемые сети связи (телефонные, документальной электросвязи и др.);
 третий уровень – это системы электросвязи или службы электро- связи, представляющие пользователям конкретные услуги связи.
Услуги электросвязи предоставляются пользователям посредством оконечного оборудования сетей электросвязи. Телефонная связь, передача данных, телеграфная связь, передача газет, распределение программ телеви- зионного и звукового вещания, видеотелефонные сети - все эти системы электросвязи общего пользования входят в структуру ЕСЭ в качестве вто- ричных сетей.

48
О
А
О
Р
о с
т е
л е
ко м
П
О
С
Т
А
В
Щ
И
К
И
О
Б
О
Р
У
Д
О
В
А
Н
И
Я
О
П
Е
Р
А
Т
О
Р
Ы
С
В
Я
З
И
О
п е
р а
то р
ы
Т
В
М
Г
Т
С
,
М
Т
С
Рис. 3.3. Архитектура ЕСЭ
Помимо сетей электросвязи общего пользования в состав ЕСЭ входят также вторичные сети, организованные различными ведомствами, корпора- циями и коммерческими кампаниями. К таким сетям относятся [6, 8, 9,
10, 13]:
 сети связи силовых структур;
 сети связи топливно-энергетического комплекса;
 сети связи транспортных и банковских структур;
 частные и корпоративные сети связи.
При построении вторичных сетей используются различные типы теле- коммуникационных технологий, обеспечивающих эффективное использова- ние каналов и типовых трактов, выделенных из состава первичной сети в данную вторичную сеть. К телекоммуникационным технологиям вторичных сетей относятся [6, 8, 9, 10]:
 кроссовая коммутация;
 традиционная коммутация каналов;
 коммутация сообщений и пакетов.
Помимо перечисленных последние годы активно внедряются новые более эффективные технологии построения вторичных сетей, которые отно- сятся к телекоммуникационным технологиям интегрального типа. Эти тех- нологии обеспечивают совместную передачу сообщений различных видов информации: речи, данных, факсимильной и видеоинформации, включая пе- редачу телевизионных программ и т. д. К таким прогрессивным технологиям в настоящее время получившим наибольшее распространение относятся:
ATM, Ethernet-Gb, ISDN и FrameRelay [19].

49
Для примера на рис. 3.4 приведена транспортная сеть ЕСЭ ОАО «Рос- телеком». Базовой технологией для построения магистральной первичной се- ти ОАО «Ростелеком» является технология SDH.
Рис. 3.4. Магистральная сеть ОАО «Ростелеком»
Основная задача ЕСЭ – транспортная, т. е. передача сообщений от
его источника к получателю. Конечным результатом функционирования
ЕСЭ являются услуги связи, предоставляемые пользователям.
Показатели, характеризующие функционирование ЕСЭ [6, 13]:
 скорость и своевременность доставки сообщений пользователям;
 достоверность сообщений (соответствие принятого сообщения пе- реданному);
 надежность и устойчивость связи, т. е. способность сети выполнить транспортную функцию с заданными эксплуатационными характе- ристиками в повседневных условиях и при воздействии внешних дестабилизирующих факторов.
Помимо высокого быстродействия для военных систем связи, бази- рующиеся на ресурсе ЕСЭ, необходимо обеспечить требования по устойчи- вости и безопастности. Системы ЕСЭ могут обеспечить защиту информации от ряда угроз безопасности (блокирование, несанкционированный доступ и др.). Однако общая ответственность за общее решение вопросов безопасно- сти информации (обеспечение свойств конфиденциальности, целостности и доступности) возлагается на пользователя (непосредственного собственника информации) [6, 15, 18, 47].