Телекоммуникационные протоколы: введение

Не все, вероятно, знают, что греческое protokollon — protos (первый) + kollao (клею) — обозначало первый лист манускрипта с датой и именем писца. С тех пор много воды утекло, и теперь слово «протокол» имеет множество других значений, вплоть до констатации взаимосогласованных планов. Правда, документ такого рода называют «протокол о намерениях».

Мы, однако, ограничимся более специфическим для сети связи определением. Коммуникационный протокол представляет собой совокупность правил, регламентирующих формат и процедуры обмена информацией между двумя или несколькими независимыми устройствами, компьютерами, программами либо процессами.

Современные телекоммуникационные системы обычно обслуживаются целыми семействами или стеками протоколов. Последние — не что иное, как многоуровневые системы, в основе которых лежит разбиение, или декомпозиция, телекоммуникационных процессов, включая оборудование и программное обеспечение, на отдельные уровни (слои). В такой иерархической структуре каждый уровень обслуживается нижележащим и в свою очередь предоставляет сервисы следующему за ним уровню. Причем жизнеспособность всей конструкции зависит в первую очередь от согласованности их взаимодействия. Избыточность числа уровней столь же нежелательна, как и их недостаток. Ибо в первом случае возможно повторение части операций, а во втором — пропуск в модели существенных особенностей всей системы.

С понятием протокола тес-но связано понятие интерфейса. Часто их рассматривают как синонимы, однако иногда и различают. Так, программно-аппаратный комплекс, обслуживающий два смежных уровня в пределах одного узла, называют ин-терфейсом, а набор протоколов, отвечающий за взаимодействие двух одноименных уровней двух узлов, — протоколом. В широком смысле слова под интерфейсом по-нимают способ взаимодействия объектов, а в более конкретном, техническом, — параметры, процедуры и характеристики этого взаимодействия.

Понимая в целом суть декомпозиции, многие тем не менее считают многоуровневый подход сугубо формальным. Поэтому прежде, чем переходить к описанию семиуровневой модели открытых систем, семейства протоколов TCP/IP и других стеков протоколов, плодотворность применения принципа декомпозиции в связи имеет смысл проиллюстрировать на примере, в качестве которого рассмотрим систему передачи SDH.

Система SDH соответствует самому нижнему физическому уровню стеков протоколов OSI и TCP/IP, которые будут обсуждаться ниже, и представляет собой четырехуровневую иерархическую структуру, благодаря чему повреждения удается обнаружить с точностью до регенератора, избегая появления лавины сигналов. На двух рисунках на предыдущей странице приведены структурная схема линии SDH и ее многоуровневое представление.

Другой пример — эволюция подсистем сигнализации и передачи в телефонной связи. Напомним, любой состоявшийся телефонный разговор — это результат успешной работы подсистем сигнализации и передачи: первая отвечает за установление соединения, его удержание и рассоединение после отбоя, а вторая обеспечивает передачу голоса.

На ранних этапах развития связи эти подсистемы были подобны сиамским близнецам, но в дальнейшем неудобства такой слитности стали ощущаться все более явственно.

Многоуровневое представление SDH

В эпоху аналоговых систем единственным способом организации подсистемы сигнализации была передача сигналов управления и взаимодействия, индивидуальных для каждого телефонного канала, в спектре частот того же канала. Передача осуществлялась по специальному выделенному каналу сигнализации — сначала в полосе частот самого телефонного канала (так называемая внутриполосная сигнализация), а затем вне ее, на частотах 3825 или 3850 Гц.

Причем каналы сигнализации могли быть только узкополосными, особенно при внутриполосной передаче, во избежание взаимных помех телефонного сигнала и канала сигнализации. Практически это выглядело так: в составе индивидуального оборудования каждого телефонного канала кроме преобразователей телефонного сигнала предусматривались гораздо более сложные дополнительные блоки передачи и приема канала сигнализации.

В результате проблема сигнализации превратилась в настоящий кошмар для связистов.

Ситуация улучшилась с переходом на цифровые системы передачи, когда удалось отказаться от индивидуальных устройств сигнализации для каждого телефонного канала и перейти на групповой принцип сигнализации для каждой группы из 24 каналов в системе Т-1 и 30 каналов в системе Е-1 (он получил название «сигнализация по выделенному каналу» и используется, например, в E1-GSM шлюзах). В качестве такого канала в системе передачи Е-1 выделен 16-й канальный интервал, по которому услуги сигнализации предоставляются для всех 30 телефонных каналов.

Однако, хотя в общих затратах на систему связи доля сигнализации уменьшилась, разделение подсистем передачи и сигнализации стало возможным только в системе ISDN, появление которой завершает переход к полностью цифровой сети в результате замены аналоговой абонентской линии на цифровую абонентскую линию DSL. Цифровизация всего соединения между абонентами позволила применить в системе ISDN новый принцип сигнализации, основанный на полном разделении подсистем передачи и сигнализации. Причем новая система сигнализации, получившая название Signaling System 7 (SS7), опирается на пакетную передачу.

Сигнализация в системе SS7 передается по специально выделенным цифровым каналам на скорос-ти 64 Кбит/c. Они образуют сеть сигнализации на базе пакетной передачи. Благодаря такому разделению систему сигнализации SS7 удалось реализовать в виде двух подсистем — подсистемы сетевой службы (Network Service Part) и подсистемы пользователя (User Part).

Многоуровневая архитектура протокола SS7 обеспечивает возможность автономной модернизации отдельных компонентов, а его универсальность позволяет реализовать самые разнообразные приложения, включая телефонию, передачу данных, сервисы ISDN, услуги для абонентов мобильной связи, а также функции сетевого управления и обслуживания.

Принцип системы Signaling System 7 (SS7)

Как видим, многоуровневая декомпозиция процессов электросвязи приносит реальную пользу.