1. Теоретические основы связи
1. 1 Классификация сетей связи
Сети связи окружают нас повсюду и вопрос об их защищенности стоит, как никогда остро. Несанкционированный доступ к информации, которая циркулирует в корпоративных сетях, может повлечь репутационные или большие финансовые потери.
Согласно Федеральному закону РФ от 07.07.2003 № 126-ФЗ «О связи» сеть связи – это технологическая система, включающая в себя средства и линии связи и предназначенная для электросвязи или почтовой связи .
Классифицировать сети связи можно по разным признакам:
– По типу коммутации
1) Без коммутации
2) Коммутация каналов
3) Коммутация виртуальных каналов
4) Коммутация пакетов
– По функционалу
1) Традиционные
2) Сервисные
3) Комбинированные
– По топологии
1) Каскад
2) Сложная
3) Общая шина
4) Иерархическая
5) Кольцо
6) Полносвязная
7) Звезда
– По типу представления информации в сети
1) Аналоговые
2) Цифровые
– По среде передачи
1) Проводные
2) Беспроводные
– По зоне охвата
1) Локальные
2) Зоновые
3) Глобальные
– По типу рассылки информации
1) Точка-точка
2) Точка-мультиточка
3) Широковещательные
Сеть Связи Взаимосвязанная Российской Федерации (ВСС) – комплекс технологически сопряженных сетей электросвязи общего пользования и ведомственных сетей электросвязи на территории Российской Федерации, обеспеченный общим централизованным управлением. В состав ВСС не входят выделенные сети, а также внутрипроизводственные и технологические сети.
– Сеть первичная – совокупность типовых физических цепей, типовых каналов передачи и сетевых трактов, образованная на базе сетевых узлов, сетевых станций, оконечных устройств первичной сети и соединяющих их линий передачи.
– Сеть первичная магистральная – часть первичной сети, обеспечивающая соединение между собой типовых каналов передачи и сетевых трактов разных внутризоновых первичных сетей на всей территории страны.
– Сеть первичная внутризоновая – часть первичной сети, обеспечивающая соединение между собой типовых каналов передачи разных местных первичных сетей одной зоны нумерации телефонной сети общего пользования.
– Сеть первичная местная – часть первичной сети, ограниченная территорией города с пригородом или сельского района.
– Сеть связи общего пользования – составная часть ВСС РФ, открытая для пользования всем физическим и юридическим лицам, в услугах которой этим лицам не может быть отказано.
– Сеть связи вторичная – совокупность линий и каналов вторичной сети, образованных на базе первичной сети, станций и узлов коммутации или станций и узлов переключений, предназначенная для организации связи между двумя или более определенными точками. Границами вторичной сети являются стыки этой сети с абонентскими оконечными устройствами. В зависимости от основного вида электросвязи вторичную сеть называют телефонной, телеграфной, передачи данных, радиовещания, телевидения и так далее. По территориальному признаку вторичные сети могут разделяться на междугородние и зоновые (внутризоновые и местные).
– Сеть транспортная – совокупность ресурсов систем передачи, относящихся к ним средств контроля, оперативного переключения, резервирования и управления, предназначенных для переноса информации между заданными пунктами сети. Сеть транспортная является частью первичной сети и охватывает магистральные узлы, междугородние станции, а также соединяющие их каналы и узлы (национальные и международные). Сеть транспортная может быть магистральной, внутризоновой и местной.
– Сеть доступа – совокупность абонентских линий передачи и станций местной сети, обеспечивающих доступ абонентских терминалов к транспортной сети, а также местную связь без выхода на транспортную сеть.
– Сеть (вычислительная) локальная (ЛВС) (local area network, LAN) – информационно-вычислительная сеть, связывающая ряд устройств вычислительной техники (рабочие станции, коммутаторы, мосты, маршрутизаторы, серверы) в одной локальной зоне, ограниченной одним зданием или одним предприятием. ЛВС может иметь шлюз для соединения с другими ЛВС или с сетями связи (на правах абонентского терминала).
– Сеть с интеграцией служб цифровая (ЦСИС) – (integrated services digital network, ISDN) – сеть с интеграцией служб, обеспечивающая цифровые соединения между стыками “абонент-сеть” на скорости передачи до 2Мбит/с.
– Сеть с интеграцией служб цифровая широкополосная (Ш-ЦСИС) (broadband ISDN, B-ISDN) – сеть, обеспечивающая организацию различных служб электросвязи по высокоскоростным цифровым каналам связи (со скоростью 2Мбит/с и выше) через стык “абонент-сеть”.
– Сеть управления электросвязью (telecommunications management network, TMN) – специальная сеть, обеспечивающая управление сетями электросвязи и их услугами путем организации взаимосвязи с компонентами различных сетей электросвязи на основе единых интерфейсов и протоколов, стандартизированных Международным Союзом Электросвязи.
– Сеть синхронизации – совокупность тактовых генераторов, системы распределения тактовых импульсов (синхросигналов) и самих синхросигналов, используемых для тактирования цифрового оборудования различных сетей.
– Сеть связи корпоративная – сеть, объединяющая сети отдельных предприятий в масштабе как одного, так и нескольких государств.
– Сети связи ведомственные – сети связи министерств и иных федеральных органов исполнительной власти, промышленных объединений и предприятий, создаваемые для удовлетворения производственных и специальных нужд, имеющие выход на сети связи общего пользования.
– Сеть связи глобальная – сеть связи, охватывающая территорию нескольких стран и нескольких континентов.
1. 2 Стандарты сетей связи
Для корректной работы сети, они должны работать по одним правилам, для этого были введены стандарты. Существует множество стандартов, которые подходят для разных ситуаций, так же есть широко распространены в мире.
Наиболее известная модель это OSI. Она делит взаимодействие в сети на 7 уровней:
1. Физический уровень – описывает механические и электрические характеристику среды передачи данных
2. Канальный уровень – отвечает за надежность канала, его установление и поддержание в рабочем состоянии
3. Сетевой уровень – необходим для нахождения маршрута и адреса получателя пакетов
4. Транспортный уровень – необходим для передачи данных между конечными узлами одной сети
5. Сеансовый уровень – синхронизирует сеанс и фиксирует какая сторона сейчас активна
6. Уровень представления данных – необходим для представления передаваемой информации без изменения содержания
7. Прикладной уровень – предоставление разны услуг пользовательским приложениям
Данная модель лишь определяет уровни взаимодействий, название этих уровней, а также какие функции реализуются на каждом из них.
Еще одним известным стандартом является стек протокол IP/TCP.
Достоинства данной технологии гибкость и масштабируемость для сетей любых размеров. Основными задачами адресации являются следующие :
– Согласованное использование адресов различного типа. Эта задача включает отображение адресов разных типов друг на друга, например, сетевого IP-адреса на локальный, доменного имени — на 1Р-адрес
– Обеспечение уникальности адресов. В зависимости от типа адреса требуется обеспечивать однозначность адресации в пределах компьютера, подсети, корпоративной сети или Интернета
– Конфигурирование сетевых интерфейсов и сетевых приложений.
Каждая из перечисленных задач имеет достаточно простое решение для сети, число узлов которой не превосходит нескольких десятков. Например, для отображения символьного доменного имени на IP-адрес достаточно поддерживать на каждом хосте таблицу всех символьных имен, используемых в сети, и соответствующих им IP-адресов. Столь же просто «вручную» присвоить всем интерфейсам в небольшой сети уникальные адреса. Однако в крупных сетях эти же задачи усложняются настолько, что требуют принципиально иных решений.
Ключевым словом, которое характеризует принятый в TCP/IP подход к решению этих проблем, является масштабируемость. Процедуры, предлагаемые TCP/IP для назначения, отображения и конфигурирования адресов, одинаково хорошо работают в сетях разного масштаба . В этой главе, наряду с собственно схемой образования IP-адресов, мы познакомимся с наиболее популярными масштабируемыми средствами поддержки адресации в сетях TCP/IP: технологией бесклассовой междоменной маршрутизации, системой доменных имен, протоколом динамического конфигурирования хостов .
Прикладной уровень стека TCP/IP соответствует трем верхним уровням модели OSI: прикладному, представления и сеансовому. Он объединяет сервисы, предоставляемые стеком TCP/IP пользовательским приложениям. К ним относятся протокол передачи файлов (File Transfer Protocol, FTP), протокол эмуляции терминала telnet, простой протокол передачи почты (Simple Mail Transfer Protocol, SMTP), протокол передачи гипертекста (Hypertext Transfer Protocol, HTTP) и многие другие . Протоколы прикладного уровня развертываются на хостах.
Транспортный уровень стека TCP/IP может предоставлять вышележащему уровню два типа сервиса:
– гарантированную доставку обеспечивает протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP);
– доставку по возможности, или с максимальными усилиями, обеспечивает протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol, UDP).
Чтобы обеспечить надежную доставку данных, протокол TCP предусматривает установление логического соединения. Это позволяет нумеровать пакеты, подтверждать их прием квитанциями, организовывать в случае потери повторные передачи, распознавать и уничтожать дубликаты, доставлять прикладному уровню пакеты в том порядке, в котором они были отправлены. Благодаря этому протоколу объекты на хосте-отправителе и хосте-получателе могут поддерживать обмен данными в дуплексном режиме. TCP дает возможность без ошибок доставить сформированный на одном из компьютеров поток байтов на любой другой компьютер, входящий в составную сеть.
Второй протокол этого уровня, UDP, является простейшим дейтаграммным протоколом, используемым, если задача надежного обмена данными либо вообще не ставится, либо решается средствами более высокого уровня — прикладным уровнем или пользовательскими приложениями.
В функции протоколов TCP и UDP входит также исполнение роли связующего звена между прилегающими к транспортному уровню прикладным и сетевым уровнями . От прикладного протокола транспортный уровень принимает задание на передачу данных с тем или иным качеством прикладному уровню-получателю. Нижележащий сетевой уровень протоколы TCP и UDP рассматривают как своего рода инструмент, пусть и не очень надежный, но способный перемещать пакет в свободном и рискованном путешествии по составной сети. Программные модули, реализующие протоколы TCP и UDP, подобно модулям протоколов прикладного уровня, устанавливаются на хостах .
Сетевой уровень, называемый также уровнем Интернета, является стержнем всей архитектуры TCP/IP. Протоколы сетевого уровня поддерживают интерфейс с вышележащим транспортным уровнем, получая от него запросы на передачу данных по составной сети, а также с нижележащим уровнем сетевых интерфейсов, о функциях которого мы расскажем далее .
Основным протоколом сетевого уровня является межсетевой протокол (Internet Protocol, IP). В его задачу входит продвижение пакета между сетями — от одного маршрутизатора к другому до тех пор, пока пакет не попадет в сеть назначения. В отличие от протоколов прикладного и транспортного уровней, протокол IP развертывается не только на хостах, но и на всех маршрутизаторах. Протокол IP — это дейтаграммный протокол, работающий без установления соединений по принципу доставки с максимальными усилиями. Такой тип сетевого сервиса называют также «ненадежным».
К сетевому уровню TCP/IP часто относят протоколы, выполняющие вспомогательные функции по отношению к IP. Это прежде всего протоколы маршрутизации RIP и OSPF, предназначенные для изучения топологии сети, определения маршрутов и составления таблиц маршрутизации, на основании которых протокол IP перемещает пакеты в нужном направлении . По этой же причине к сетевому уровню могут быть отнесены протокол межсетевых управляющих сообщений (Internet Control Message Protocol, ICMP), предназначенный для передачи маршрутизатором источнику сведений об ошибках, возникших при передаче пакета, и некоторые другие протоколы.
Также существует проток Ethernet. Изначально в фирменной версии Ethernet, принятой компаниями DEC, Intel и Xerox (и получившей название DIX Ethernet), ее функции не разделялись на уровни, то есть это была монолитная технология. Такими же, к слову, были и другие технологии локальных сетей 70-х: Token Ring и Arcnet. При стандартизации этих технологий в институте IEEE в 1980 году был организован комитет 802, результатом работы которого стало принятие семейства стандартов IEEE 802.x, которые обобщили фирменный опыт создателей протоколов локальных сетей и выделили в них три функциональных уровня:
? физический уровень;
? уровень доступа к среде (Media Access Control, MAC);
? уровень управления логическим каналом (Logical Link Control, LLC).
Определение физического уровня IEEE 802 полностью соответствует определению физического уровня модели OSI, в нем описаны характеристики технологии: возможные типы физической среды, методы кодирования, типы соединительных разъемов и т. п. А вот функции канального уровня модели OSI в стандартах IEEE 802 представлены двумя уровнями — МАС и LLC . Выделение функций доступа к среде в отдельный уровень отражает их важность при использовании разделяемой среды.
Стандарты уровня МАС описывают различные методы доступа к разделяемой среде, используемые в технологиях локальных сетей того времени . Для стандартизации каждого метода были созданы отдельные рабочие группы комитета 802. Рабочая группа 802.3 занялась стандартизацией метода доступа технологии Ethernet.
Уровень МАС выполняет две основные функции: предоставление узлу доступа к среде и последующая доставка кадра от узла источника к узлу назначения в соответствии с его адресом. Уровень МАС дал название адресам локальных сетей всех технологий локальных сетей, в том числе адресам Ethernet, так что оба названия (МАС-адрес и адрес Ethernet) используются как равноправные. Хотя уровень МАС и отвечает за доставку кадра узлу назначения, он не обеспечивает его надежную доставку. Эту функцию реализует уровень LLC, назначение которого сравнимо с назначением транспортного уровня модели OS1 или протоколов TCP и UDP.
Так же существовали стандарты для сотовых сетей связи.
Первое поколение мобильных сетей(1G)
Официальным днем рождения сотовой связи считается 3 апреля 1973 года, когда глава подразделения мобильной связи компании Motorola Мартин Купер позвонил начальнику исследовательского отдела AT&T Bell Labs Джоэлю Энгелю, находясь на оживленной Нью-йоркской улице. Именно эти две компании стояли у истоков мобильной телефонии. Коммерческую реализацию данная технология получила 11 лет спустя, в 1984 году, в виде мобильных сетей первого поколения (1G), которые были основаны на аналоговом способе передачи информации.
Основными стандартами аналоговой мобильной связи стали AMPS (Advanced Mobile Phone Service – усовершенствованная подвижная телефонная служба) (США, Канада, Центральная и Южная Америка, Австралия), TACS (Total Access Communications System - тотальная система доступа к связи) (Англия, Италия, Испания, Австрия, Ирландия, Япония) и NMT (Nordic Mobile Telephone – северный мобильный телефон) (страны Скандинавии и ряд других стран). Были и другие стандарты аналоговой мобильной связи – С-450 в Германии и Португалии, RTMS (Radio Telephone Mobile System – радиотелефонная мобильная система) в Италии, Radiocom 2000 во Франции. В целом мобильная связь первого поколения представляла собой лоскутное одеяло несовместимых между собой стандартов.
Во времена 1G никто не думал об услугах передачи данных – это были аналоговые системы, задуманные и разработанные исключительно для осуществления голосовых вызовов и некоторых других скромных возможностей. Модемы существовали, однако из-за того, что беспроводная связь более подвержена шумам и искажениям, чем обычная проводная, скорость передачи данных была невероятно низкой. К тому же, стоимость минуты разговора в 80-х была такой высокой, что мобильный телефон мог считаться роскошью.
Во всех аналоговых стандартах применяется частотная (ЧМ) или фазовая (ФМ) модуляция для передачи речи и частотная манипуляция для передачи информации управления. Этот способ имеет ряд существенных недостатков: возможность прослушивания разговоров другими абонентами, отсутствие эффективных методов борьбы с замираниями сигналов под влиянием окружающего ландшафта и зданий или вследствие передвижения абонентов. Для передачи информации различных каналов используются различные участки спектра частот - применяется метод множественного доступа с частотным разделением каналов (Frequency Division Multiple Access - FDMA). С этим непосредственно связан основной недостаток аналоговых систем - относительно низкая емкость, являющаяся следствием недостаточно рационального использования выделенной полосы частот при частотном разделении каналов .
В каждой стране была разработана собственная система, несовместимая с остальными с точки зрения оборудования и функционирования. Это привело к тому, что возникла необходимость в создании общей европейской системы подвижной связи с высокой пропускной способностью и зоной покрытия всей европейской территории. Последнее означало, что одни и те же мобильные телефоны могли использоваться во всех Европейских странах, и что входящие вызовы должны были автоматически направляться в мобильный телефон независимо от местонахождения пользователя (автоматический роуминг). Кроме того, ожидалось, что единый Европейский рынок с общими стандартами приведет к удешевлению пользовательского оборудования и сетевых элементов независимо от производителя.
Второе поколение мобильной связи (2G)
В 1982 году CEPT (франц. Conference europeenne des administrations des postes et telecommunications - Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных ведомств) сформировала рабочую группу, названную специальной группой по подвижной связи GSM (франц. Groupe Special Mobile) для изучения и разработки пан-Европейской наземной системы подвижной связи общего применения - второе поколение систем сотовой телефонии (2G) . Название рабочей группы GSM также стало использоваться в качестве названия системы подвижной связи. В 1989 году обязанности CEPT были переданы в Европейский институт стандартов в телекоммуникации ETSI (англ. European Telecommunications Standards Institute). Первоначально GSM предназначалась только для стран-членов ETSI. Однако многие другие страны также имеют реализованную систему GSM, например, Восточная Европа, Средний Восток, Азия, Африка, Тихоокеанский регион и Северная Америка (с производной от GSM, названной PCS1900). Название GSM стало означать "глобальная система для подвижной связи", что соответствует ее сущности.
