Дәріс. Эталонды модельдің ашық жүйеге әсері. Каналдар коммутациясы мен пакеттер коммутациясы

Дәріс мақсаты: Эталонды модельдің ашық жүйеге әсерінің құрылу принциптерін зерттеу, сонымен қатар пакетті және сандық байланыстың материалдық базасын алуды оқып үйрену.

Эталонды модельдің ашық жүйеге әсері. 1984 жылы ISO (Халықаралық стандарттау оргоны) «Эталонды модельдің ашық жүйеге әсері» (Open System Interconnect - OSI) стандартын жіберді.

Эталоннды модель (OSI)- хабарлама таратудағы негізгі архитектуралық модель болып табылады. Модельдік құрылғының бұл түрі жаңашаландырылған технологиялық байланысты оқып үйренудің жақсы дамыған тәсілі. Эталонды модель (OSI) ақпарат тарату мәселесін 7 деңгейге бөледі ( 3.1сурет).

3.1сурет. Эталонды модельдің ашық жүйеге әсері - ISO (OSI)

Қатысушы деңгейдің тапсырмасын орындау үшін, міндетті түрде басқа жүйедегі деңгейлермен байланыс болу керек, яғни:

1 Деңгей: А жүйесі бірінші деңгейдегі В жүйесімен;

2 деңгейдегі А жүйесі - В жүйесіндегі екінші деңгеймен және сол сияқты жалғаса береді. Бұл орындалатын тапсырмалар берілген жүйедегі жоғарғы және төменгі тұрған деңгейлер арқылы жүзеге асады.

А жүйесіндегі қосымша процесс 7-ші (жоғарғы деңгей) деңгейге хабарлайды.

7 деңгей, 6 деңгейге хабарлайды.

1-ші деңгейдің тапсырмасы - ақпаратты физикалық ортаға жіберу (сонымен қатар, қабылдау) болып есептеледі.

Сонымен қатар, физикалық ортадан келген ақпарат В жүйесіне келеді, келген ақпарат қабат арқылы жоғары көтеріліп В жүйесінен кері қарай (алдымен 1 деңгей, кейін 2-ші және тағы сол сияқты). Қосымша В жүйесіне келмегенше қайталана береді.

OSI моделі әр түрлі жүйедегі келісімді деңгейді бірыңғай байланыстан шығарып тастайды.

Сәйкесінше, А жүйесінiң әр деңгейi В жүйенiң сәйкес деңгейiнде тиiстi байланыс орнату үшiн, оған берiлетiн аралас деңгейлі қызметтi пайдаланады.

Протокол және интерфейс. Келісімді объект арасындағы бір немесе бірнеше күрделі деңгейлер реті стандартпен сипатталады, оларды протокол және интерфейс деп атаймыз.

Протокол – объектілердің бір деңгейден екіншіге әсерінің арасындағы стандарт немесе ереже.

Интерфейс – көршілес объект деңгейінің арасындағы стандарт немесе ереже.

Төмен тұрған деңгей қызмет көзі, ал жоғарғы тұрған деңгей тұтынушы қызметі деп аталады. Деңгейлердің өзара әсерінен ұсынылған қызмет атауын тудырды.

Тақырыптар. Ақпарат басқару арасына сәйкес келетін әртүрлі жүйедегі деңгейлер арнайы маңызды ақпарат енгізілген тақырып түрінде болады.

Әдетте тақырып нақты қолданбалы ақпарат алдында болады. Таратушы жүйедегі әр төмен жатқан деңгей жоғары жатқан деңгейден келген ақпаратқа қажеттi басқарушы мәлiметі бар басқа жүйедегі тиiстi деңгей үшін өз тақырыбын қосады 3.2 - сурет.

3.2 – сурет

Қабылдайтын жүйеде осы басқарушы мәлiметті талдау және жоғары жатқан деңгейге ақпараттық блоктi беруден алдын, тиiстi тақырыпты алып тастау жүреді.

Сонымен, ақпараттық блок өлшемі:

таратушы жүйеде деңгей бойынша жоғарыдан төмен қарай қозғалыста кеңейтіледі

таратушы жүйеде деңгей бойынша төменнен жоғары қарай қозғалыста төмендейді.

Деңгейлердi тағайындау. OSI эталонды үлгiсі желiнiң орындалуы болып саналмайды. Ол тек қана әр деңгейдің протокол функциясын анықтайды.

Қолданбалы деңгей (7-шi деңгей) – бұл тұтынушыға ең жақын OSI деңгейі. Ол басқа ешқай OSI деңгейлерiне қызмет көрсетпейтіндігімен ерекшеленедi. Ол OSI үлгiсі ауқымның сыртына жататын қолданбалы процестерді қызметпен қамтамасыз етедi. Мұндай қолданбалы процестердiң мысалы ретінде дауыс сигналын беру процестерi, дерекқор, мәтiндiк процессор және т.д. айтуға болады. Қолданбалы деңгей байланыс үшiн мүмкін серiктестердi сәйкестендiредi және бар болуын орнатады, бiрге жұмыс iстейтiн қолданбалы процестерді синхронизациялайды, сонымен қатар, ақпарат толықтығын басқару және қателердi жою процесін орнатады және келістіреді. Қолданбалы деңгей берілген байланыс үшiн сол мезеттегі қордың жеткіліктілігін анықтайды.

Ұсыну деңгейі (6-шы деңгей) бiр жүйенің қолданбалы деңгейінен жiберiлетiн ақпарат басқа жүйенің қолданбалы деңгейінде оқылатындығына жауап бередi. Ұсыну деңгейі тек формат және қолданушының нақты мәлiметтерiн ұсынумен ғана емес, тағы бағдарламалар пайдаланатын мәлiметтерлер құрылымдарымен де айналысады. Сондықтан нақты мәлiметтерлердiң форматын (егер қажеттi болса) өзгертуден басқа, ұсыну деңгейі қолданбалы деңгей үшiн синтаксисті таратуды келістіреді.

Сеанстық деңгей (5-шi деңгей) қолданбалы есептердiң арасындағы өзара әрекеттесу сеанстарын орнатады, басқарады және бiтiредi. Сеанс екi немесе одан да көп ұсыныс объектiлерiнің арасындағы диалогтан тұрады. Сеанстық деңгей ұсыныс деңгей объектiлерінің арасындағы диалогтi синхронизациялайды және олардың арасындағы ақпарат алмасуды басқарады. Одан басқа, сеанстық деңгей қызмет тобындағы және шұғыл жағдайда сеанстық, қолданбалы және ұсыну деңгейдеріндегі мәселелер туралы ақпарат жiберу үшін амалдар ұсынады.

Транспорттық деңгей (4-шi деңгей). Сеанстық және транспорттық деңгейлер арасындағы шекараны жоғарғы деңгейдегі (қолданбалы) протоколдар мен төменгi деңгейдегі протоколдар арасындағы шекара ретінде көрсетуге болады. Осы уақытта Қолданбалы, ұсыну және сеанстық деңгейлер қолданбалы сұрақтармен айналысып жатқанда, төменгi деңгейлер мәлiметтердi тасымалдау мәселесін шешедi.

Транспорттық деңгей функциясы желi арқылы мәлiметтердi сенiмдi тасымалдау болып табылады. Сенiмдi қызметтер көрсете отырып, транспорттық деңгей қондыру, сүйемелдеу, және каналдардың, табу жүйесінің әрекетінің біркелкі аяқталуы үшін механизммен қамтамасыз етеді және тасымалдаудың қателіктерін жояды және ақпараттық ағынды басқарады (жүйенi басқа жүйе мәлiметтерінің асыра толтыруын сақтау мақсатында).

Желілік деңгей (3-шi деңгей) – бұл екi соңғы жүйелердiң арасындағы маршруттың таңдалу және қосылу мүмкiндiктерін қамтамасыз ететiн кешендi деңгей. Себебi байланыс орнатқысы келген екi соңғы жүйелерді елеулi географиялық қашықтық және көптеген қосымша желілер бөліп тұруы мүмкiн, желілік деңгей маршрутизацияның доменi болып табылады. Маршрутизация протоколдары өзара жалғанған қосымша желілер тiзбегі арқылы тиімді бағытты таңдайды. Желілік деңгейдің дәстүрлi протоколдары осы бағыт бойымен ақпарат таратыды.

Каналды деңгей (2-шi деңгей) физикалық канал арқылы мәлiметтердi сенiмдi тасымалдануын қамтамасыз етедi. Бұл тапсырманы орындай отырып, каналды деңгей мына сұрақтарды шешеді: физикалық бағыттау (желілік немесе логикалық бағыттауға қарсы), желiнiң топологиясы, сызықты тәртiп (соңғы жүйе қалайша торлық арнаны пайдалануы керек), қателерді көрсетеді, мәлiметтер блоктарының ретпен жеткiзілуі және ақпараттың ағынын басқару.

Физикалық деңгей (1-шi деңгей) соңғы жүйелер арасындағы электротехникалық, механикалық, процедуралық және функционалдық сипаттамаларды орнату, көмектесу және физикалық каналдың айыруын анықтайды. Физикалық деңгейдiң спецификациясын мынандай сипаттамалар анықтайды: кернеу биіктігі, синхронизация параметрлерi, физикалық ақпараттың берiлiс жылдамдығы, ақпарат таратудың ең алыс арақашықтығы, физикалық біріктіргіштер және басқа ұқсас сипаттамалар. Әр түрлi телекоммуникациялық жүйелерде физикалық орта қарапайым қос сымнан синхронды цифрларлық иерархияның күрделi тарату жүйесіне дейiнгі түрлi әдістері бола алады. Бұл дәрiс физикалық орталарды және ашық жүйелердің өзара әрекетінің эталондық үлгісінің физикалық деңгейін қарастыруға арналған.

Коммутация әдісі. Коммутация келесі процесстерді артқарады:

- жүйенің анықталған кірісі мен шығысы арасында байланыс орнату;

- Орнатылған желі арқылы ақпаратпен алмасу;

- келесі үзілу.

Коммутацияның келесідей әдістері бар:

- канал коммутациясы (Circuit Switching сөзбе-сөз аударғанда тізбек коммутациясы);

- хабарлама коммутациясы (Message Switching);

- пакеттер коммутациясы (Packet Switching).

Коммутация каналы кезінде:

- алдымен тесіп өтетін байланыс каналы жасалынады;

- содан соң осы байланыс каналы арқылы нақты уақыт мезетінде ақпараттар алмасу жүзеге асырылады;

- байланыс аяқталғаннан кейiн байланыс каналы үзіледі.

Каналдар коммутациясы кезінде жүйелiк ресурстар, негiзiнен, байланыс орнатуға пайдаланылады. Тек жүйелiк ресурстардың шағын бөлiгі ғана байланысты ұстап тұруға жұмсалады. Нақты уақыт мезетінде ақпараттар алмасу каналдар коммутациясының негiзгi қолдану аймағын анықтайды – дауыс хабарламаларын беру. Каналдар коммутациясының кемшiлiгi – байланыс каналын пайдаланудың тиiмдiлiгiнің төмендігі. Нәтиже: байланыс каналының пайдаланудың қымбаттылығы.

Хабарлар коммутациясы:

- мәлiметтермен алмасу нақты уақыт мезетінде жүрмейді;

- жүйенің кiріс және шығыс аралығында тесіп өтетін байланыс талап етілмейді;

- артық хабарламалар жоғалмайды, олар сақталады және аялдаумен берiледі.

Хабарлар коммутациясының кемшiлiктерi:

- хабарламаларды ұзақ уақыт жеткiз;

- сөйлеу хабарламаларымен алмасудың жарамсыздығы.

Негiзгi қолданылуы - деректi электр байланыс (телеграфия, факсимильдiк байланыс).

Пакеттер коммутациясы:

Пакеттер коммутациясы кезінде хабарламалар белгiлi өлшем блоктарына бөлiнедi – пакеттерге. Әр пакет тиімді байланыс каналы босаған бойда таратылады. Қабылдаушы жақта әртүрлi уақыт мезетінде қабылданған, мүмкiн әртүрлi жолмен келген пакеттерден хабарламаларды қалпына келтiру жүреді. Пакеттер коммутациясы тасымалдаудың асинхронды тәсiлiн пайдаланады. Байланыс каналы тек қажеттi жағдайда ғана ұсынылады.

Каналдар коммутациясының әдiстерi.

Каналдар коммутациясында келесі әдiстер пайдаланылады:

кеңiстiктiк коммутация;

уақыттық коммутация;

кеңiстiк-уақыттық коммутация.

ИКМ-сызығы туралы ұғым. Цифрларлық коммутацияда ИКМ циклының каналдық интервалында орналасқан (цифрларлық ИКМ-сызығы) ақпарат тарату жүзеге асырылады (кодалық сөз ұзындығы 8 бит). ИКМ-цикл 32 каналдық интервалдан тұрады.

Кеңiстiктiк коммутация кезінде сигналдың (кодалық сөз) бiр ИКМ-сызықтан басқа ИКМ-сызыққа ауысуы жүреді, 3.3 - сурет.

3.3 - сурет. Кеңiстiктiк коммутация.

Кеңiстiктiк коммутацияның блогiнің (ККБ) құрылысын қарастырамыз.

Кеңiстiктiк коммутация кезінде каналдың уақыттық тығыздалуы жүзеге асады. Кеңiстiктiк коммутация кезінде сигналдың (кодалық сөз) бір ИКМ-cызығында бiр уақыт интервалынан басқа уақыт интервалына ауысуы жүреді.

Уақыттық коммутацияның кемшiлiктерi:

- бiрнеше ИКМ-сызықтарын коммутация жасауға болмайды.

1-шi шешiм:

- уақыттық коммутация блогінің бiрнешеуін пайдалану.

2-шi шешiм:

- кеңiстiк-уақыттық коммутацияны пайдалану.

Кеңiстiк-уақыттық коммутация кезінде кодалық сөздің бір каналдық ИКМ-сызық интервалынан екінші ИКМ-сызықтың басқа каналдық интервалына алмасу жүреді.

Көп түйiндi коммутациялық сұлбалар. Коммутациялық жүйенiң құнын төмендетудің тиiмдi әдісі – ол көп түйiндi коммутациялық сұлбаларды жасау болып тыбылады. Ең жиi пайдаланылатын сұлбалар:

- кеңiстiк-уақыт-кеңiстiк (К-У-К), 3.4 - сурет, (space-time-space – STS);

- уақыт-кеңiстiк-уақыт (У-К-У), (time-space-time – TST).

Сонымен бiрге одан да күрделi сұлбалар қолданылады:

- У-К-К-У;

- У-К-К-К-К-У.

3.4 - сурет. К-У-К (S-T-S) коммутациялық сұлбасы

Пакеттер коммутациясы. Пакеттер коммутациясы кезінде хабарламалар белгiлi өлшем блоктарына бөлiнедi – пакеттерге. Пакет –блок шектегiшпен және адрестік ақпаратпен қамтамасыз етілетін блок дерегі, 3.5 - сурет.

3.5 - сурет. Пакет

Блок шектегiштерi - Жалаулар.

Пакеттер коммутациясында екi әдiс пайдаланылады: дейтаграммалар әдiсi; виртуалды каналдар әдiсі.

Дейтаграммалық әдіс. Барлық пакет жеке объект ретінде қаралады.

Пакет маршруты әр нақты уақыт мезетінде желінің нақты күйiне тәуелді болады. Желі бойынша пакеттер тасымалдануында бастапқы тiзбектiң бұзылуы мүмкiн. Бастапқы тiзбектi қалпына келтiру үшiн әрбір пакет тақырыбында оның реттiк нөмiрi жазылады.

Виртуалды каналдар әдiсi. Виртуалды канал – ол екi шеткi станциялар арасындағы логикалық жол.

Виртуалды каналдың жасалуы:

- виртуалды каналдың құрылуы;

- бастау адресi және тағайындау станциясын тарату;

- канал нөмiрiн тағайындау;

- ақпарат тарату;

- үзу.

Виртуалды каналдың артықшылықтары:

- ВК пакеттiң тақырыбы дейтаграмма тақырыбынан қысқалау;

- ВК пакеттiң аялдауы дейтаграмма аялдауынан кем;

- пакеттердiң жүруінің бастапқы тiзбегi бұзылмайды.

Нәтиже: виртуалды канал әдiсi байланыс каналын тиiмдi пайдалануын қамтамасыз етеді және дауыс сигналдарын тасымалдау үшiн аса жарамды.

Пакеттер коммутациясының ерекшеліктері: тақырыбының адрестi ақпараты бойынша әрбір пакетті маршрутизациялау қажет. Келесі 3.6 суретте пакеттер коммутаторының жалпыланған құрылымдық сұлбасы көрсетілген.

3.6 - сурет. Пакеттер коммутаторының жалпыланған құрылымдық сұлбасы.

Әрбір кіріс және шығыс коммутатор сызықтары жеке контроллерді қамтамасыз етеді. Контроллер мыналарды қамтамасыз етеді:

- анализ және бастаманы тасымалдауды;

- буферлік сақтауды және пакеттерді жіберуді.

Негізгі процессор коммутатор мен конроллерді басқарады.