6. Сетевые модели и спутниковые системы_2ч

1.

Сетевые модели
1

2.

1.Сетевые модели. Понятие сетевой модели
При передаче по сети вся передаваемая информация проходит много
этапов обработки:
• разбивается на блоки, каждый из которых снабжается управляющей
информацией.
• полученные блоки оформляются в виде сетевых пакетов,
• эти пакеты кодируются, передаются с помощью электрических или
световых сигналов по сети в соответствии с выбранным методом
доступа,
• из принятых пакетов вновь восстанавливаются заключенные в них
блоки данных,
• блоки соединяются в данные, которые и становятся доступны другому
приложению.
2

3.

Часть из указанных процедур реализуется только программно, другая аппаратно, а какие-то операции могут выполняться как программами, так и
аппаратурой.
Для того, чтобы упорядочить все выполняемые процедуры, разделить
их на уровни и подуровни, взаимодействующие между собой,
разработаны модели сетей.
3

4.

Существуют две многоуровневые модели, которые используются для
описания сетевых операций: эталонная модель взаимодействия
открытых систем (OSI) и эталонная модель TCP/IP
4

5.

Протокольная модель соответствует структуре определённого набора
протоколов. TCP/IP является протокольной моделью,
поскольку в ней описываются функции, которые выполняются на
каждом уровне протоколов, входящих в набор протоколов TCP/IP.
TCP/IP также используется в качестве эталонной модели.
Эталонная модель обеспечивает единообразное применение всех
сетевых протоколов и сервисов, описывая то, что необходимо сделать на
определённом уровне, но не предписывая конкретные способы
выполнения.
5

6.

2. Модель TCP/IP
Протокольная модель сетевого взаимодействия TCP/IP (Transmission
Control Protocol / Internet Protocol, протокол управления передачей /
протокол интернета) была создана в начале 70-х годов и иногда
называется моделью сети Интернет.
Протокольная модель соответствует структуре определённого набора
протоколов. Она определяет четыре категории функций, необходимых
для успешного взаимодействия.
Разработкой этих протоколов занималось Министерство обороны США,
поэтому иногда модель TCP/IP называют DoD (Department of Defence) модель.
Как и модель OSI построение модели TCP/IP имеет деление на уровни,
внутри которых действуют определённые протоколы и выполняются
собственные функции.
6

7.

В таблице приведены сведения о каждом уровне модели TCP/IP
7

8.

Уровневая модель TCP/IP
Документом, регламентирующим уровневую архитектуру модели и
описывающий все протоколы, входящие в TCP/IP, является интернет-стандарт
RFC 1122. Стандарт включает 4 уровня модели TCP/IP:
8

9.

Уровень 1. Канальный уровень (link layer) —
даёт описание тому, как происходит обмен информацией на уровне
сетевых устройств, определяет, как информация будет передаваться от
одного устройства к другому.
Информация здесь кодируется, делится на пакеты и отправляется по
нужному каналу.
Этот уровень также вычисляет максимальное расстояние, на которое
пакеты возможно передать, частоту сигнала, задержку ответа и т.д. Все это —
физические свойства среды передачи информации. На канальном уровне
самым распространенным протоколом является Ethernet.
9

10. Канальный уровень (уровень передачи данных Data Link Layer)

Передает кадры (frames) - наборы битов - между двумя компьютерами сети,
непосредственно связанными между собой
Функции канального уровня:
– взаимодействие со средой передачи данных
(протокол MAC)
– надежная доставка
– управление потоком
Идентификация компьютеров: MAC-адреса
Технологии: Ethernet (802.3), WiFi (802.11), Token Ring (802.5), SONET/SDH
10

11.

Уровень 2. Межсетевой уровень (internet layer) –
регламентирует передачу информации по множеству локальных сетей,
благодаря чему открывается возможность взаимодействия разных сетей.
Межсетевое взаимодействие — это основной принцип построения
интернета. Локальные сети по всему миру объединены в глобальную, а
передачу данных между этими сетями осуществляют магистральные и
пограничные маршрутизаторы.
11

12.

Уровень 3. Транспортный уровень (transport layer).
Протоколы транспортного уровня TCP и UDP занимаются доставкой
информации. Эти протоколы определяют, насколько надёжно будут
передаваться данные:
• TCP (протокол управления передачей) - протокол TCP обеспечивает
условие, при котором данные будут передаваться надёжно, с
гарантией доставки и в правильной последовательности
(приложения, выполняющие передачу файлов, скачивание веб-страниц
и отправку электронной почты, используют надёжный протокол TCP).
• UDP (протокол пользовательских дейтаграмм) – используется для
максимально быстрой передачи данных и при этом допускается
потеря некоторых данных (протокол UDP используют приложения
для потоковой передачи видео и голосовых данных, где скорость имеет
большее значение, чем надёжность).
12

13. Транспортный уровень (Transport Layer)

Осуществляет надёжную доставку данных от отправителя к получателю
Функции транспортного уровня:
– установление надёжного соединения
– контроль ошибок: искажения пакетов, потери, изменение порядка следования,
дублирование
– контроль потока данных
– сегментирует и повторно собирает данные в один поток
Адресация соединений: (IP1, P1, IP2, P2)
Протоколы: TCP, UDP
13

14.

Уровень 4. Прикладной уровень (application layer).
В модели TCP/IP отсутствуют дополнительные промежуточные уровни
(представления и сеансовый) в отличие от OSI.
Функции форматирования и представления данных делегированы
библиотекам и программным интерфейсам приложений (API) — своего
рода базам знаний.
Когда службы или приложения обращаются к библиотеке или API, те в
ответ предоставляют набор действий, необходимых для выполнения
задачи и полную инструкцию, каким образом эти действия нужно
выполнять.
14

15. Прикладной уровень (Application layer)

Обеспечивает взаимодействие сети и пользователя
Протоколы этого уровня определяют совместно используемые сетевые
службы, например:
– WWW
– Электронная почта
– Сетевая печать
– Пересылка файлов через сеть
Адресация приложений: номер порта
Протоколы: HTTP, SMTP, POP3, IMAP, FTP
15

16.

Протоколы прикладного уровня действуют для большинства приложений,
они предоставляют услуги пользователю или обмениваются данными с
«коллегами» с нижних уровней по уже установленным соединениям.
16

17.

Уровень 5. Физический уровень (Physical Layer)
Преобразует биты в исходящие сигналы, передаёт сигналы и, затем, преобразует входящие
сигналы в биты.
Данные рассматриваются как поток битов.
Определяет:
– характеристики сигналов
– среду передачи
– физическую топологию среды передачи
– механические и физические (электрические, оптические) спецификации среды
передачи
– интерфейсы (разъемы) оборудования
17

18. Сетевой уровень (Network Layer)

Отвечает за передачу датаграмм между удалёнными компьютерами
Функции сетевого уровня:
– адресация компьютеров во всей глобальной сети (IP-адреса)
– выбор маршрута доставки сообщений
– не обеспечивает надёжность доставки (искажения, потери, изменение порядка
следования)
– best-effort delivery
Протоколы: IP (Internet Protocol), ARP, RARP, ICMP, DHCP
18

19. Сеансовый уровень (Session layer)

Позволяет двум сторонам поддерживать длительное взаимодействие (сеанс) по сети
Функции сеансового уровня:
– установление сеанса
– поддержка/управление сеансом
– разрыв сеанса
– синхронизация передачи данных (можно помещать контрольные
точки в поток данных и возвращаться назад к определенной точке)
Примеры протоколов: H.245, SSH
19

20.

Уровень представления
(Presentation layer)
Уровень отвечает за:
– преобразование форматов данных
– кодирование/декодирование
Примеры преобразования данных:
– Форматирование
– Сжатие
– Перевод
– Кодирование
– Шифрование
20

21.

Для большинства приложений созданы свои протоколы, например:
1. HTTP для передачи гипертекста по сети,
2. SMTP для передачи почты,
3. FTP для передачи файлов,
4. протокол назначения IP-адресов DHCP и прочие.
21

22. Как устроена сетевая модель

22

23. Стеки протоколов

23

24.

Контрольные вопросы
1. Для чего используются сетевые модели?
2. Какие существуют сетевые модели?
3. Опишите модель сети Интернет?
4.
Какие есть уровни сети Интернет?
24

25. Спутниковая связь

26. Спутниковые системы

• По расположению
– Геостационарные спутники
– Средне орбитальные спутниковые системы
– Низкоорбитальные системы
– С высоко эллиптическими орбитами
• По назначению
– Персональная связь
– Корпоративные VSAT системы
– Телевизионные системы
26

27. Спутники

Геостационарный
(GEO)
около 36000 km
Радиационный пояс
Van Allen (1500-5000
km и 13000-20000 km)
Большая область покрытия
Средне
Орбитальный
(MEO)
Низко
орбитальный
5000-10000 km
Очень большая задержка
Высокая стоимость
Большая мощность
Покрытие больших широт!!!
Стационарный
(LEO)
200-3000 km
Малая область
покрытия
Малая задержка /
Низкая стоимость
Средне!!!
Высокая наземная
скорость
Короткое время
жизни
27

28. Высоко эллиптическая орбита

28

29. Высоко эллиптическая орбита

29

30. Геостационарные спутники

• Принцип функционирования
• Устройство антенной системы
• Устройство спутника – транспондерная система
• Частотное распределение
30

31.

31

32. Архитектура спутника связи

Солнечные батареи
Бортовой ретранслятор с
приемными и
передающими
антеннами
Радиатор системы
терморегулирования
Антенна системы
управления и телеметрии
Космическая
платформа
32

33. Основные диапазоны спутниковых частот

33

34. Архитектура VSAT систем связи

Приемник
Преобразователь частоты
Усилитель мощности
Приемник
Преобразователь частоты
Усилитель мощности
Приемник
Преобразователь частоты
Усилитель мощности
Принимающая антенна
Передающая антенна
34

35. VSAT станции, использующие hub

35

36. Низко орбитальные спутники

• С3 индивидуального пользования –
актуальность
• Принцип работы
• Иридиум – 1990 Моторола
– 77 спутников (позднее 66) на 750 км по 11 на
меридиан
– межспутниковая связь
– каждый спутник 48 пятен по 174
дуплексных телефонных каналов (283 272
канала)
36

37.

37

38. Спутниковые системы связи – С3

Большая задержка при передаче - 250-300 мсек, против 35мксек/км на коаксиале, оптоволокне и т.д.
Спутниковые системы принципиально вещательного типа. Для
некоторых приложений это очень важно. Стоимость передачи не
зависит скольким получателям сообщение предназначено.
Однако, проблема безопасности передаваемой информации здесь
требует особого внимания - все слышат всё, что передаётся. Решение
этой проблемы - только шифрование.
Стоимость передачи не зависит от расстояния.
Этот способ передачи имеет очень низкий коэффициент
ошибок при передаче.
38

39. Спутниковая связь в России

• Особенности географического
положения России
• Инфраструктура наземной связи на
периферии
• Развитие С3 – развитие наземного сегмента
39

40. Основные категории С3

• Персональной связи ( Iridium, Inmarsat, Globalstar,
ICO, Ellipso, Thuraya)
• VSAT системы корпоративной связи (Памир,
Ямал, Банкир)
• Системы телевизионного вещания
40

41. Персональная спутниковая связь

41

42. Персональная спутниковая связь

• Iridium – 17.03.00 прекратил свое функционирование как система общего
доступа
• Inmarsat – среднеорбитальная С3 обслуживает 143 тыс.наземных
терминалов, скорость 2.4 – 64 Кб/сек
• Globalstar – низкоорбит. система в С диапазоне (март 2000 )
–
–
–
–
–
48 спутников на 1414 км. + 4 резерв
Наземные станции Москва, Новосибирск, Хабаровск
Интегрирована в тел.сеть России (954)
Технология CDMA
Скорость 1.2 – 9.6 Кб/сек
• ICO (Intermediate Circular Orbit) - выделилась из Inmarsat в
1995
–
–
–
Среднеорбитальная система из 10 спутников на 10 390 км.
6 часов в зоне радиоприема
43 SAN станции
42

43.

43

44. Высоко элептическая орбита

44

45. Высокоскоростные спутниковые системы связи

• Низкоорбитальные
• Геостационарные
– Astrolink, Spaceway ,
Cyberstar
– Skybridge, Teledesic
45

46.

Сверхинформативные спутниковые системы на основе геостационарных ИСЗ
• Характеристики
• Заявитель системы
• ASTROLINK
• SpaceWay
• CyberStar
• Lockheed
• Hughes Commu• nications, Inc
• Loral Space
• and Commu• nications Ltd.
Выс ко элептическая орбита
о
• Martin Corp.
• Назначение
• ТЛФ, ПД
• ТЛФ, ПД,
• видеоТЛФ
• ТЛФ, ПД,
• видеоТЛФ
• Зона обслуживания
• Глобальная
• Глобальная
• Северная
• Америка,
• Европа,
• Восточная
• Азия
• Год запуска первого ИСЗ
• 2000
• 2002
• 1999
• Начало эксплуатац.
• системы, год
• 2003
• 2004
• 2001
• Число ИСЗ
•9
• 17
•3
• Рабочий диапазон частот
• Ка
• Ka, Ku
• Ка
• Число стволов
• 50
• 48(Ka)+
• 24(Ku)
• 40
• Число лучей
• 194
• 48
• 27
• 9,6
Доп. главы компьютерных сетей чл.корр. РАН Смелянский Р.Л.
• 4,4
• 4,9
• Пропускная
Гбит/с
способность
ИСЗ,
23

47.

Сверхинформативные спутниковые системы на основе низкоорбитальных ИСЗ
Высоко лептичес ая орбита
э
к
• Характеристики
• SKYBRIDQE
• Заявитель системы
• Alcatel Telecom (Франция)
• Teledesic Corp. (США)
• Motorola, Inc. (США)
• ТЛФ, ПД, видеоТЛФ
• ТЛФ, ПД,
• ТЛФ, ПД,
• сверхширокополосная ПД
• сверхширокополосная ПД
• Назначение
• TELEDESIC
• CELESTRI
• Начало запусков ИСЗ, год
• 2001
• 2002
• 2002
• Начало
• 2003
• 2003
• 2003
Глобальная
(64°ю.ш...64°с.ш.)
• Глобальная
• Глобальная (70°ю.ш.,.70°с.ш.)
• Число ИСЗ (орбита)
• 64 (НКО)
• 288 (НКО)
• 63 (НКО) + 9 (ГСО)
• Срок службы ИСЗ, лет
•8
• 10
• 10
• Рабочий диапазон частот
• Ku
• Ка
• Ка
• Число лучей
• 45
• 64
• 260/432
способность
•1
• 13,3
• 8,9 (НКО)
системы,
• 5,1
•9
• 12,9
эксплуатации
системы, год
• Зона обслуживания
• Пропускная
ИСЗ, Гбит/с
• Стоимость
млрддол.
47

48. Спутниковые сети

• Организация спутниковой системы:
основной недостаток - большое время задержки в канале (270 мс)
• ALOHA,
• FDM,
• TDM,
• CDMA
48

49. Спутники или оптоволокно?

Достаточно установить антенну
на крыше, и вам доступна вся
пропускная способность спутника.
Спутник доступен практически всегда.
Мобильность. Сейчас люди хотят иметь связь всегда: на прогулке, путешествуя.
Сочетание сотовой связи и оптоволокна не всегда решает эту проблему: как
быть на корабле или самолете?
Там где вещание принципиально необходимо - спутник не заменим.
Спутник не заменим там, где географические условия не позволяют создать
развитую кабельную систему.
Спутник хорош везде где надо быстро развернуть систему передачи данных.
Где нет времени или средств создавать кабельную инфраструктуру.
49

50. Характерные особенности технической реализации систем

• Практически все заявленные системы будут работать в Кадиапазоне частот (20/30 ГГц)
• Наличие межспутниковых радиолиний (60ГГц)
• Многолучевые антенны (десятки лучей) на
геостационарных системах
• Использование ФАР на низкоорбитальных системах
• Коммутация каналов каждый_с_каждым
– Земля-КА – FDMA
– КА-Земля - TDMA
• Принципиально новый сервис
50