Тема 1

Архітектура телекомунікаційних систем та мереж

1.1 Історія розвитку телекомунікаційних систем та мереж

 

Рівень інформатизації будь-якої країни, ступінь її залучення до глобального інформаційного суспільства (ГІС) визначається передусім розвитком інфокомунікацій. Основу інфокомунікацій формують інформаційні мережі, які, у свою чергу, базуються на телекомунікаційних мережах. Це найскладніші й найбільш інтелектуально насичені системи.

На шляху еволюційного розвитку телекомунікаційних систем та мереж прийнято виокремлювати три етапи: аналоговий, цифровий та етап телекомунікаційно-комп’ютерної інтеграції.

Перший етап характеризує епоху аналогової телефонії. Зусиллями багатьох поколінь науковців і виробничників було створено світову мережу телефонного зв’язку, де середовищем передавання переважно були мідні кабелі. Багатоканальні системи передавання будували за принципом частотного розподілу телефонних каналів. Розподіл інформації здійснювався за принципом комутації каналів із використанням електромеханічних (декадно-крокових, координатних) або в кращому випадку квазіелектронних автоматичних телефонних станцій. В Україні до 1991 року також існувала аналогова мережа зв’язку, яка в основному задовольняла потреби населення, народного господарства, громадських інститутів у послугах електричного зв’язку.

На початковому етапі теоретичні та експериментальні дослідження в галузі цифрового зв’язку проводилися без будь-якого впровадження, тому що практична реалізація незмінно наштовхувалася на величезні габарити, високу вартість та низьку надійність апаратури цифрового зв’язку. Однак наукові результати були вражаючими: засновано потужну теорію цифрового зв’язку. І коли досягнення мікро-, нано- та оптоелектроніки надали умови для створення апаратури цифрового зв’язку, яка за розмірами стала набагато мініатюрнішою, ніж апаратура аналогового зв’язку, до того ж більш надійною та дешевою, розпочався етап її бурхливого впровадження. Це було яскравим прикладом того, як наука значніше випередила практику. Досягнення в цих сферах і сьогодні залишаються дуже актуальними та необхідними.

Із появою нових телекомунікаційних технологій, орієнтованих на пакетний спосіб передавання інформації, використання різних середовищ передавання (оптичне волокно, радіочастотний ресурс) та забезпечення мобільності зв’язку, виникла можливість суттєво підвищити продуктивність, ефективність та якість обслуговування телекомунікаційних мереж, а також розширити діапазон послуг, які ними надаються.

Етап телекомунікаційно-комп’ютерної інтеграції ознаменувався успіхами як у галузі електроніки, так і комп’ютерно-інтегрованих технологій. Створення високопродуктивних, малогабаритних і відносно недорогих комп’ютерів, інтеграція їх із телекомунікаціями у якості термінальних і комунікаційних пристроїв, а також досягнення в галузі інформаційних технологій стали підґрунтям створення інформаційних мереж. Це дало змогу накопичувати в електронному вигляді, зберігати й обробляти величезні ресурси інформації та надавати її користувачам за їх запитами у зручний для них час. Бурхливий розвиток і глобалізація інформаційних мереж дали людству Інтернет, без якого ми сьогодні не можемо уявити свого існування.

 

1.2 Основні поняття і визначення. Телекомунікаційна мережа

 

Загальне поняття «телекомунікації» базується на уявленні про засоби, які дозволяють організувати зв’язок між двома і більше віддаленими пунктами.

Секція телекомунікацій Міжнародного союзу електрозв’язку (Telecommunications Standardization Sector of International Telecommunications Union, ITU-T) у Рекомендаціях серії І (І.110, І.112) визначає термін «телекомунікації» (Telecommunications) як сукупність засобів, які забезпечують перенесення інформації, поданій у необхідній формі, на значну відстань за допомогою поширення сигналів в одному з середовищ (міді, оптичному волокні, ефірі) або сукупності середовищ. Засобами, визначеними загальним поняттям «засоби телекомунікацій», є лінії зв’язку, пристрої з’єднання середовищ, системи передачі, комунікаційні пристрої мережі, обладнання сигналізації, синхронізації. Таким чином, телекомунікаційна мережа (Telecommunication Network, TN) – це системоутворююча сукупність засобів телекомунікацій, що надає територіальновіддаленим об’єктам можливість інформаційної взаємодії шляхом обміну сигналами (електричними, оптичними або радіо). Об’єктами при цьому можуть виступати як термінальні пристрої користувачів та кінцеві системи мережі, так і окремі мережі. Кінцем (інтерфейсною точкою) телекомунікаційної мережі є або телекомунікаційний роз’єм, до якого під’єднано пристрій користувача (мережевий інтерфейс), або кінцеве мережеве обладнання, яке забезпечує з’єднання мереж (міжмережевий інтерфейс) (рис. 1).

У англомовній науковій літературі, акцентуючи саме на цьому аспекті, телекомунікаційну мережу називають Carrier Network (мережа-переносник).

 

 

 

Рисунок 1 – Телекомунікаційна мережа

 

Транспортування (Transfer) інформації в мережевій термінології означає перенесення інформації, перетвореної в сигнал з кінця в кінець, тобто від джерела до одержувача. Його слід відрізняти від терміну «передача» (Transmission), під яким розуміється процес поширення сигналу у фізичному середовищі між двома суміжними пунктами мережі.

Транспортуючи інформацію, необхідно контролювати такі важливі мережеві функції, як якість обслуговування з кінця в кінець, керування потоками з метою запобігання перевантажень у мережі.

Телекомунікаційні мережі можна класифікувати за типом комутації (каналів чи пакетів), режимом перенесення інформації (синхронні, асинхронні) та технологічними характеристиками (середовищем передавання, заданою шириною смуги пропускання, якістю передавання сигналів, швидкістю передавання).

 

1.3 Інформаційна мережа

 

Поняття «інформаційна мережа» (Information Network, ІN) передбачає розгляд телекомунікаційної мережі в сукупності із взаємодіючими за допомогою неї об’єктами. У такому розумінні інформаційна мережа – це «навантажена» телекомунікаційна мережа.

Поняття «інформаційна мережа», на відміну від поняття «телекомунікаційна мережа», є більш містким та узагальненим й відображає різноманіття інформаційних процесів, які протікають в мережі. Ці процеси виникають у результаті взаємодії прикінцевих систем, що під’єднані до телекомунікаційної мережі.

Інформаційні процеси в мережі можна поділити на дві групи: прикладні процеси та процеси взаємодії.

Прикладні процеси (Application Processes) ініціюються кінцевими системами під час запуску програм користувача, які ще називаються застосуваннями (Applications).

Процеси взаємодії (Interworking Processes) – це процеси в мережі, які призначені для обслуговування прикладних процесів. Наприклад, визначення форматів подання інформації для передавання мережею, встановлення режимів передавання даних, визначення маршрутів просування інформації. Прикладні процеси та процеси взаємодії підтримуються мережевими операційними системами.

Прикінцеві системи інформаційної мережі можуть бути класифіковані наступним чином:

·       термінальні системи (Terminal System) – комп’ютери користувачів мережі;

·       хостингові системи (Host System) – комп’ютери, на яких розміщені інформаційні та програмні ресурси мережі;

·       сервери (Servers) – комп’ютери, на яких встановлено спеціальне програмне забезпечення, яке дозволяє надавати мережеві сервіси. Наприклад, керування доступом для користувачів до інформаційних ресурсів, реєстрація користувачів та контроль за їх правами доступу в мережу. Серверний комп’ютер, залежно від можливості його операційної системи, може бути налаштований як для роботи в режимі хоста (інформаційний сервер), так і в режимі комунікаційного пристрою (наприклад, шлюзу);

·       адміністративні системи (Management System) – комп’ютери, які забезпечують роботу додатків керування мережею та окремих її частин.

Оскільки прикінцевими системами інформаційної мережі є комп’ютери, то таку систему ще називають «комп’ютерною мережею». Телекомунікаційна мережа при цьому класифікується як «мережа передавання даних».

Інформаційну мережу доцільно характеризувати за складом ресурсів. Ресурси інформаційної мережі поділяють на інформаційні, ресурси обробки та зберігання даних, програмні та комунікаційні .

Інформаційні ресурси – це інформація та знання, накопичені в усіх галузях науки, культури й життєдіяльності суспільства, а також продукція індустрії розваг. Все це систематизується в мережевих банках даних, з якими взаємодіють користувачі мережі. Ці ресурси визначають споживчу цінність інформаційної мережі, тому їх необхідно не лише постійно створювати та поповнювати, але й вчасно архівувати та оновлювати. Користування мережею повинно забезпечувати можливість отримувати актуальну інформацію саме тоді, коли в ній виникає необхідність.

Програмні ресурси – мережеве програмне забезпечення (ПЗ): мережеві операційні системи, серверне ПЗ, ПЗ робочих станцій; прикладне ПЗ; інструментальні засоби: утиліти, аналізатори проходження трафіку, засоби мережевого контролю, а також програми додаткових функцій, основними серед яких є навігація (забезпечення пошуку інформації в мережі), обслуговування мережевих електронних поштових скриньок, організація телеконференцій, перетворення форматів переданих інформаційних повідомлень, криптозахист інформації (кодування й шифрування), автентифікація (зокрема, електронний підпис документів, що засвідчує їх справжність).

Комунікаційні ресурси – це ресурси, які беруть участь у транспортуванні й перерозподілі потоків інформації в мережі (іншими словами – ресурси телекомунікаційної мережі), основними серед яких є пропускні спроможності ліній зв’язку та обладнання проміжних вузлів, а також час їх використання під час взаємодії користувача з мережею.

Отже, під інформаційною мережею як фізичним об’єктом слід розуміти сукупність територіально розрізнених прикінцевих систем, об’єднаних телекомунікаційною мережею, за допомогою якої забезпечується взаємодія прикладних процесів, активізованих у прикінцевих системах, та їх колективний доступ до ресурсів мережі.

Уся інтелектуальна робота в інформаційній мережі виконується на периферії, тобто в прикінцевих системах мережі, а телекомунікаційна мережа, хоча й займає центральне положення, є лише з’єднувальним компонентом (рис. 2). Телекомунікаційна мережа у складі інформаційної мережі виконує функції транспортувальної системи.

 

 

Рисунок 2 – Інформаційна мережа

 

Отже, поняття «інформаційна мережа» зосереджує увагу на інформаційних процесах, які виникають у мережі під час взаємодії прикінцевих систем через телекомунікаційну мережу. Опис цієї взаємодії демонструє всю складність організації зв’язку в мережі як у режимі «запит-відповідь», так і в реальному масштабі часу.

Основною вимогою, якій має відповідати інформаційна мережа, є забезпечення користувачів ефективним доступом до поділюваних ресурсів. Усі інші вимоги – пропускна спроможність, надійність, живучість – лише забезпечують якісне виконання цієї основної вимоги.

 

1.4 Інфокомунікаційна мережа

 

Процеси конвергенції, цифровізації та комп’ютеризації мереж зумовлені прагненням створити єдину мережу, здатну надавати телекомунікаційні та інформаційні послуги інтегровано, а також забезпечувати можливість необмеженого розширення спектру різних послуг. Підкреслюючи нерозривний зв’язок інформаційних і телекомунікаційних компонентів у формуванні та наданні послуг мережею, у технічній літературі часто використовують такі інтегруючі поняття, як «інфокомунікації», «інфокомунікаційна мережа».

Сукупність ресурсів мережі, задіяних у виробництві та наданні користувачам конкретної послуги або певного набору послуг, прийнято називати платформою надання послуг.

Інфокомунікації – це сукупність мережевих ресурсів, призначених для спільної участі у виробництві та наданні телекомунікаційних, інформаційних та інших послуг інформаційного співтовариства.

Інфокомунікаційну мережу як фізичний об’єкт зображено (рис. 3). Термінальними пристроями користувачів називають пристрої, призначені для роботи в мережі, якими є як прикінцеві пристрої телекомунікаційних служб: телефонні апарати (стаціонарні, мобільні, IP-телефонії), пристрої телематичних служб (факсимільні апарати, телетекси, відеотермінали тощо), так і багатофункціональні термінали на основі комп’ютерів.

 

 

Рисунок 3 – Інфокомунікаційна мережа

 

Універсальну платформу надання широкого спектру послуг інфокомунікаційної мережі ще називають «мультисервісною мережею». Її відмінною рисою є мережеве закінчення з універсальним відкритим інтерфейсом. Таким чином, інфокомунікаційна мережа дозволяє вирішувати найбільш актуальні завдання інформаційного співтовариства:

·       надання користувачам можливості обміну інформаційними повідомленнями різного типу (голос, відео, дані);

·       швидке та якісне отримання необхідної інформації з будь-якого віддаленого джерела в мережі;

·       втоматизація процесів обробки, накопичення, зберігання великих обсягів інформації в мережі і, зрештою, самого процесу виробництва інформації.