Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
13. Интернет желісі және IP хаттамасы Интернет технологиясын жасаушылар мынадай екі түсінікті негізге алды: барлық пайдаланушылардың барлық қажеттіліктерін қамтамасыз ететін бірыңғай желі құру мүмкін емес; пайдаланушыларға бір-бірімен байланысу үшін әмбебап әдіс керек.
Белгілі бір физикалық желі шеңберінде қосылған компьютерлер дискреттеу немесе басқа технологияны пайдалану керек (Ethernet, Token Ring, FDDI, ISDN, нүкте-нүкте қосылу типі, соңғы кездері бұл тізімге АТМ желісі, тіпті сымсыз технологиялар да қосылды).
Физикалық желілердің мәліметтеріне тәуелді коммуникация механизмдері мен қолданбалы жүйелер арасына әртүрлі физикалық желілердің бір-бірімен байланысын қамтамасыз ететін бағдарламалық қамсыздандыру орнатылады және мұндай жағдайда бұл қосылыстың деталдары пайдалану-шылардан жасырын болады және оларға бір үлкен желіде жұмыс жасау мүмкіндігі беріледі. Физикалық желілердің жиынын бұлай қосу әдісі интернет технологиясы деген атауға ие болды. Осының негізінде интернет желісі пайда болды. Интернет желісін құрайтын негізгі хаттама интернет хаттамасы немесе ІР хаттама деп аталады. Екі немесе одан да көп желілерді интернет желісінде қосу үшін маршрутизаторлар қолданылады. Маршрутизатор – желілерді бір-бірімен физикалық түрде жалғайтын және арнайы бағдарламалық қамсыздандырудың көмегімен дестелерді бір желіден бір желіге беретін құрылғы.
Интернет технологиясы желіаралық қосылыстарды белгілі бір топологиямен ғана байланыстырмайды.
Интернет желісіне жаңа желінің қосылуы қандай да бір орталық коммутация нүктесіне оның жалғануын немесе интернет желісіне кіруші барлық желілермен тікелей физикалық байланыс орнатуды тудырмайды.
Маршрутизатор өзі байланыстыратын желілер аумағында интернет желісінің топологиясын біледі, осылайша, дестені сол немесе басқа маршрутпен жібереді. Интернет желісінде желіге қосылған компьютерлердің (адрестер) әмбебап идентификаторлары қолданылады, сондықтан кез келген екі машина өзара жұмыс жасай алады. Интернет желісінде сондай-ақ пайдаланушы интерфейсінің желіден тәуелсіз болу принципі жасалуы керек, яғни байланыс орнатудың және деректерді берудің барлық желілік технологиялар үшін бірдей көптеген тәсілдері болуы керек (1-сурет).
1 Сурет - Интернет желісінің ішкі құрылысы
Қосылған барлық физикалық желілердің тең дәрежелілігі интернет желісінің негізгі принципі болып табылады. Кез келген коммуникация жүйесі параметрлеріне берілетін дестелердің өлшеміне және географиялық масштабына қарамастан интернеттің компоненті ретінде қарастырылады. 1-суретте кез келген физикалық желілер үшін бірдей белгілеулер қолданылды.
Әмбебап интернет желісі TCP/IP хаттамаларының негізінде құрылады және төрт коммуникация деңгейі хаттамаларынан тұрады (2-сурет).
|
Қолданбалы Telnet, FTP, E mail |
|
Транспортты TCP, UDP |
|
Желілік IP, ICMP, IGMP |
|
Құрылғының желілік интерфейс драйвері және желілік плата |
2 Сурет - TCP/IP хаттамасы сиегінің төрт деңгейі
Желілік интерфейс деңгейі интернет желісі нақты бір физикалық желінің компонентінде байланыс орнату қызметін атқарады. Бұл деңгейде операциялық жүйедегі құрылғы драйвері және осыған сәйкес компьютердің желілік платасы жұмыс істейді.
Желілік деңгей TCP/IP хаттамаларының негізі болып табылады. Бұл деңгейде желі аралық байланыс принципі жасалады, сонымен қатар интернет желісі бойынша дестелерді маршрутизациялау да осы деңгейде жүзеге асады. IP хаттамасы – осы деңгейдің желі аралық байланыс орнататын негізгі хаттамасы болып табылады. Транспорттық деңгейдің TCP және UDP хаттамалары да ІР хаттамасын пайдаланады. IP хаттамасы TCP/IP желісімен өтіп жатқан барлық ақпараттардың форматын көрсете отырып, интернет желісінде мәліметтер берудің базалық өлшемі ІР дейтограмманы анықтайды. IP желісінің бағдарламалық қамсыздандыруы физикалық желілердің қосылыстары бойынша мәліметтердің жолын таңдай отырып, маршрутизациялау қызметін атқарады. Маршрутты анықтау үшін арнайы кесте болады, таңдау компьютер-адресат қосылған желі адресі негізінде жасалады. IP хаттамасы деректердің әр дестесі үшін бөлек маршрут тағайындайды, бірақ қажетті ретпен сенімді түрде жеткізілуіне кепіл болмайды. Деректерді төменгі орналасқан физикалық деңгейге береді, осылайша дестелерді жеткізудің жоғары эффективті деңгейін жүзеге асырады.
Желілік деңгейде ІР хаттамасы жүйелер арасында байланыс орнатпастан желімен дестелерді сенімсіз жеткізу қызметін атқарады. Яғни, дестелерді жеткізу үшін барлық амалдар жасалады, бірақ дестелердің дұрыс жетуіне кепілдік бермейді. Дестелер жоғалуы қате ретпен беріліп немесе қайталануы мүмкін және т.с.с. IP хаттамасы коммуникация сенімділігін қамтамасыз етпейді. Деректер өрісіне тексеру болмайды, тек тақырып үшін бақылау сомасы болады.Деректерді сенімді түрде беруді келесі транспорттық деңгей жүзеге асырады. Транспорттық деңгейдің негізгі хаттамалары TCP және UDP машина-жіберуші мен машина-адресат арасында байланыс орнатады.
Қолданбалы деңгей – төменгі деңгейлердің хаттамаларынан тұратын клиент-сервер типті қосымша. Басқа үш деңгейдің хаттамаларынан айырмашылығы – қолданбалы деңгейдің хаттамалары нақты қосымшаның деталдарымен айналысады, желімен деректерді беру әдістеріне қатыспайды. TCP/IP-дің негізгі қосымшаларының арасында оның әр жұмысына қатысатындары: терминал эмуляциясы хаттамасы TELNET, файлдарды беру хаттамасы FTP, электрондық пошта хаттамасы SMTP, World Wide Web (WWW) жүйесінде қолданатын желіні басқару хаттамасы SNMP, гипертекстті беру хаттамасы HTTP және басқалар.
Ақырғы жүйелер арасында бірнеше ондаған маршрутизаторлар және көптеген әр типті аралық физикалық желілер болуы мүмкін, бірақ қосымша бұл конгломератты бір физикалық желі ретінде қабылдайды. Бұл IP хаттамасы мен Интернет технологиясының негізгі күші мен тартымдылығын көрсетеді.
14. Дауыстық дестелерді беру принциптері
"Классикалық" телефон желілері әр телефондық сөйлесулер үшін белгіленген физикалық жалғауды қажет ететін арналарды коммутациялау технологиясына негізделген (3-сурет). Сәйкесінше, бір телефондық сөйлесу арналардың бір физикалық жалғануы болып табылады. Бұл жағдайда 3,1 кГц кеңдіктегі аналогтық сигнал жақын АТС-ға беріледі. Мұнда осы АТС-ға қосылған басқа абоненттерден келген сигналдармен уақыттық бөлу технологиясы бойынша мультиплексорланады. Содан, топтық сигнал желі аралық арналар желісіне беріледі. Жіберілген АТС-ға жеткеннен кейін сигнал демультиплексорланады да, абонентке жетеді. Арналары коммутацияланған телефон желілерінің негізгі кемшілігі арналар жолағын эффективті пайдаланбау – сөйлесулер кезіндегі сөздер арасындағы үзілістер мезетінде арна ешқандай пайдалы жүктеме тасымалдамай босқа жұмыс жасайды.
3 Сурет - "Классикалық" телефон желілеріндегі байланыс
Аналогты технологиялардан сандық технологияларға ауысу қазіргі заманғы сандық телекоммуникациялық желілердің пайда болуына үлкен ықпал тигізген маңызды қадам болды. Сандық телефонияның дамуындағы мұндай қадамдардың бірі дестелік коммутацияға өту болды. Дестелік коммутация желілерінде байланыс арналарымен физикалық тасымалдаушыға тәуелсіз ақпарат бірліктері беріледі. Бұл бірліктер дестелер, кадрлар немесе ұяшықтар (хаттамаға байланысты) болуы мүмкін бірақ кез келген жағдайда олар бөлінуші желімен беріледі (4-сурет), оның үстіне физикалық құралдарға тәуелсіз бөлек виртуалды арналармен беріледі. Әр десте тақырыбымен анықталады. Десте тақырыбы пайдаланып отырған арна туралы, оның жасалуы, қызметі туралы ақпараттан тұруы мүмкін.
Қазіргі таңда IP-телефонияда дауыстық дестелерді ІР-желісімен берудің екі негізгі тәсілі бар:
- ғаламдық желі интернет арқылы (интернет-телефония);
- бөлінген арналарға негізделген тарату желілерін пайдалану арқылы (IP-телефония).
4 Сурет - Дестелерді коммутациялау желісіне қосу
Бірінші жағдайда өткізу жолағы интернет желісінің деректерден, дауыстан, графика, т.с.с. мәліметтерден тұратын дестелермен жұмысының көптігіне тікелей тәуелді, яғни дестелердің өтуі кезіндегі кедергілер әртүрлі болуы мүмкін. Бөлінген арналарды пайдаланғанда бекітілген тарату жылдамдығын алуға тек дауыстық дестелер үшін ғана кепіл бар. Интернет желісін кеңінен тарату инетернет-телефония жүйесін жасауға ерекше қызығушылық тудырады, бірақ бұл жағдайда оператор байланыс сапасына жауап бермейді. Телефондық серверлердің көмегімен қала аралық (халықаралық) байланыс орнату үшін оператордың немесе байланыс орнатушылардың байланыс жоспарланып отырған жерлерде жеке-жеке бір серверлері болуы керек.
Интернет-телефонияның телефондық серверлерінің жалпы жұмыс принципі мынадай: бір жағынан сервер телефондық желілермен байланысқан және әлемнің кез келген нүктесіндегі телефонмен қосыла алады. Екінші жағынан сервер интернетпен байланысқан және әлемнің кез келген нүктесіндегі компьютермен қосыла алады. Сервер стандартты телефондық сигналды қабылдайды, оны сандық сигналға айналдырады (егер ол бастапқыда сандықболмаса), белгілі мөлшерде сығып, дестелерге бөледі және ІР хаттамасын қолданып интернет арқылы қажетті нүктеге жібереді. Желіден телефондық серверге келіп, телефондық желіге кеткен дестелер үшін жоғарыдағы амалдар керісінше орындалады.
Сигналдың телефондық желіге кіруі және шығуы бір мезетте орындалады, бұл толық дуплекстік (полнодуплексный) байланыс құруға мүмкіндік береді. Осы базалық амалдардың негізінде көптеген әртүрлі конфигурациялар құруға болады. Мысалы, «телефон - компьютер» немесе «компьютер - телефон» қоңырауларын бір телефондық сервер орындай алады.
«Телефон (факс) - телефон (факс)» байланысын ұйымдастыру үшін екі сервер қажет. ІР-телефонияға ауысу жолындағы басты кедергі ІР хаттамасында ұсынылатын қызметтердің сапасына жауап беретін механизмдердің болмауы. ІР хаттамасының өзі дестелердің толық жетуіне және жету уақытына жауап бермейді, осының салдарынан дауыстың анық естілмеуі, сөйлесулер арасындағы үзіктер сияқты мәселелер туындайды.
Масштабтау жөнінен IP-телефонияда толық шешім бар.
ІР хаттамасы негізінде байланысу абонент пен магистраль арасындағы желінің кез келген нүктесінде басталып, аяқталады. Сәйкесінше, IP- телефонияны бөлімшелерге бөліп орнатуға болады.
IP-телефония шешімдеріне белгілі бір модульділік тән: шлюздердің, контролерлердің әртүрлі түйіндерінің санын және қуатын ағымдағы қажеттіліктерге сәйкес еркін арттыруға, өсіруге болады. Желінің түйіндері ІР-телефония жүйесінен тәуелсіз болғандықтан, желілік инфрақұрылым қорларын өсіру мәселесі ескерілмейді.
15. IP-телефония желілерінің жіктелуі
IP-телефония желісі дегеніміз ақырғы құрылғылардың, байланыс арналарының және коммутация түйіндерінің жиынтығы. IP-телефония желілері интернет желісі принципімен құрылады. Бірақ, интернет желісінен айырмашылығы ІР-телефония желілеріне дауысты беру сапасына жоғары талап қойылады. Сөйлеу ағындарының кідірістерін азайту тәсілдерінің бірі байланысқа қатысатын коммутация түйіндерінің санын азайту болып табылады. Сондықтан ауқымды транспорттық желілерді құру кезінде бірінші кезекте бөлек бөлімшелер арасындағы трафикті қамтамасыз ететін магистраль ұйымдастырылады, ал ақырғы құрылғы (шлюздер) жақын орналасқан коммутациялық түйіндерге қосылады (5-сурет).
Маршрутты оптимизациялау ұсынылатын қызметтер сапасын жақсартады. Желіге басқа операторлар қосылғанда, олардың құрылғысы жақын орналасқан коммутациялық түйінге қосылады.
ІР-телефонияның желі ішіндегі немесе басқа желі құрылғыларымен байланысу үшін бөлінген арналар немесе интернет желісі қолданылады. Ақырғы құрылғылардың өзара байланысу тәсілдеріне қарай ІР-телефония желілерін мынадай үш топқа бөлуге болады: бөлінген, интегралданған және аралас.
Бөлінген желілерде (6-сурет) ақырғы құрылғылар арасындағы байланыс бөлінген арналар арқылы ұйымдастырылады және бұл арналардың өткізу жолағы тек дауыстық дестелерді беруге ғана қолданылады. Көбіне ІР-телефония провайдерлері өзінің инфрақұрылымын құрмай, біріншілік желі провайдерлерінің арналарын жалдайды.
5 Сурет - Магистраль арқылы желі құру
6 Сурет - IP-телефония желісін құру
Бөлінген желінің басты артықшылығы – дауыс беру сапасының жоғарылығы, өйткені мұндай желілер тек дауыс беруге арналған. Ұсынылатын қызметтер сапасының сенімділігін арттыру үшін бұл желілерде ІР хаттамасынан басқа ATM және Frame Relay хаттамалары да қолданылады.
16-50. ITU H.323 рекомендациясы бойынша желі құру
Тарихта стандартты негізде Н.323 рекомендациясымен ІР-телефония желілерін құруға Халықаралық Электрбайланыс Одағы (ITU) бірінші болып қадам жасады. Н.323 хаттамасына негізделген желілер телефондық желілерді интегралдауға бағытталған және олар деректерді беру желісіне салынған ISDN желісі сияқты қарастырылады.
Н.323 рекомендациясы дестелері коммутациялы ІР желісімен дауыстық ақпараттарды ғана жіберуге арналмаған хаттамалар жинағын алдын-ала қарастырады. Оның мақсаты желіде мультимедиялық қосымшалардың жұмысын қамтамасыз ету. Дауыстық трафик бейне ақпарат және деректермен қатар Н.323-тің қосымшаларының бірі.
ІР-телефонияның Н.323 рекомендациясымен желі құру нұсқасы қала аралық және халықаралық байланыс орнатуды көздеген операторларға ыңғайлы.
9-суретте Н.323 рекомендациялы желінің архитектурасы көрсетілген. Желінің негізгі құрылғылары: терминал, шлюз, аймақ контроллері (қақпақшы)және конференцияларды басқару құрылғысы.
7 Сурет - Н.323 желісінің архитектурасы
Н.323 терминалы нақты уақыт мезетінде желінің басқа терминалмен, шлюзімен немесе көп нүктелі конференцияны басқару құрылғысымен өзара байланыса отырып, тарату, қабылдау мүмкіндігі бар желінің ақырғы нүктесі болып табылады.
Бұл функцияларды атқару үшін терминалдың:
- аудио элементтері (микрофон, акустикалық жүйелер, акустикалық жаңғырық басу жүйелері);
- бейне элементтері (монитор, бейнекамера);
- желілік интерфейс элементтері;
- пайдаланушы интерфейсі болады.
IP желісімен дауыс беру технологиясы арналары коммутацияланған классикалық желі орнына шлюздерді қондыру конфигурациясын қарастырады.Шлюз ақпаратты (дауыс) сығып, оларды ІР-дестелерге айналдырады және ІР-желіге жібереді. Қарсы жақтағы қабылдаған шлюз керісінше амалдарды орындайды: шақыру дестелерін қайта ашады (расшифровка) және қайтадан түзіп (расформирование) шығады. Нәтижесінде қарапайым телефон аппараттары бұл шақыруларды еш қиындықсыз қабылдайды.
Ақпаратты мұндай түрлендіру тәсілі бастапқы дауыстық ақпаратты бұрмаламауы тиіс, ал тарату режимі нақты уақыт масштабында ақпарат алмасуды сақтау қажет.
34. Шлюздің негізгі қызметтері:
- телефондық желі мен ІР желі арасында физикалық интерфейсті ұйымдастыру;
- абоненттік сигнализация сигналдарын детектирлеу және генерациялау;
- абоненттік сигнализация сигналдарын дестелерге түрлендіру және керісінше;
- абоненттерді жалғау;
- сигнализациялық және дауыстық дестелерді желімен тарату;
- байланысты ажырату.
TCP/IP архитектурасы шеңберіндегі шлюздің қызметінің көп бөлігі қолданбалы деңгейдегі процестерде ұйымдастырылады. Аналогтық екі сымдық телефондық арна қосылғанда шлюзде сигналдардың өңделуі 8-суретте келтірілген. Телефондық сигнал екі сымдық абоненттік желіден арнаның қабылдаушы және таратушы бөлігін айырып тұратын дифференциалдық сұлбаға келіп түседі. Әрі қарай таратылған сигнал қабылдау сигналының сіңген бөлігімен бірге аналогтық-сандық түрлендіргішке (АЦП) беріледі де, 12-разрядты стандартты сигналға айналады. Соңғы өңдеу жағдайында сәйкес экспандер болуы керек. Жаңғырықты компенсациялау (эхокомпенсация) құрылғысында тарату сигналынан қабылданған сигналдың қалдықтары өшіріледі (жойылады). Жаңғырықты компенсациялау құрылғысы (эхокомпен-сатор) бұл сүзгінің қызметін атқарады. Ішкі жолақтық көп жиілікті телефондық сигнализация сигналдарын (MF сигналдары), жиіліктік (DTMF) немесе импульстік сигналдар жиынын табу және анықтау үшін сәйкес детекторлар типі қолданылады. Кіріс сигналын әрі қарай өңдеу дауыстық кодерде жүзеге асады. Кодердің анализаторында сигнал белгілі бір ұзындықтағы фрагменттерге сегменттеледі (кодтау әдісіне байланысты) және әр кіріс блогына сәйкес ұзындықтағы ақпараттық кадр қойылып шығады.
Кодер анализаторында есептелген параметрлер бөлігі дауыстық белсенділікті анықтау блогында қолданылады. Дауыстық белсенділікті анықтау блогы зерттелініп жатқан сигнал дауыс па, әлде үзіліс екендігін анықтайды.
8 Сурет - Шлюзде сигнал өңдеу сұлбасы
Үзіліс болған жағдайда ақпараттық кадр виртуалды арна қызметіне жіберілмей қалуы мүмкін. Сеанстық деңгейге әр бесінші үзілістік ақпараттық кадр ғана жіберіледі. Дауыс жоқ болған жағдайда ағымдағы спектрлік параметрлерді кодтау үшін ең қысқа ақпараттық кадр қолданылады. Виртуалды арнаның қабылдаушы жағында логикалық амал орындаушыға ақпараттық кадр немесе үзілісті білдіретін жалауша келіп түседі. Үзілістік кадрларда дауыстық синтезатор орнына үзілістік сигналдың спектралдық құрамын қалпына келтіретін комфорттық шу генераторы қосылады. Үзілістік ақпараттық кадр алынғанда сигналдың параметрлері жаңаланады. Ақпараттық кадрдың болуы шығысында дауыстық сигнал түзетін дауыстық декодерді іске қосады. Эхокомпенсатор үшін қашықтағы абоненттің сигналы болып табылады, бұл сигналдың сүзгіленуі таратылатын сигналдағы электрлік жаңғырықтың құраушысын береді. Сандық-аналогтық түрлендіру түріне байланысты сигнал қосымша кодтауға ұшырауы мүмкін.
Сигналдардың шлюзде сандық өңделуінің мынадай қиындықтарын атауға болады: екі сымдық абоненттік желілерді қолданғанда негізгі жұмыс болып эхокомпенсация болып қала береді, өйткені оның ерекшелігі мұнда сигналдардың екі класын – дауыс сигналдарын және телефондық сигнализация сигналдарын компенсациялау қажет. Телефондық сигнализация сигналдарын тауып, детектирлеу өте маңызды жұмыс болып табылады. Оның қиындығы мынада, қызметтік сигналдар дауыс сигналдарымен араласып кетуі мүмкін.
Аймақтың контроллерінде (қақпақшада) ІР-телефонияның барлық интеллекті шоғырланған. Н.323 рекомендациясы бойынша құрылған желінің зоналық архитектурасы бар. Аймақтың контроллері ІР-телефония желісінің бір аймағын басқару функциясын орындайды, мұндай аймаққа терминалдар, шлюздер, бір аймақ контроллеріне тіркелген конференцияларды басқару құрылғысы кіреді. Н.323 желісі аймағының бөлек фрагменттері территориямен бөлінген және олар маршрутизаторлар арқылы бір-бірімен байланыса алады.
Аймақ контроллерінің маңызды қызметтері:
- ақырғы және басқа құрылғылардың тіркелуі;
- пайдаланушылардың RAS сигнализациясының көмегімен IP-телефония қызметтеріне кіріп қосылуын бақылау;
- шақырылған пайдаланушының alias адресін ІР дестелерді маршрутизациялау (IP адрес – TCP порты номірі) желісінің транспорттық адресіне түрлендіру (абоненттің жарияланған есімін, телефондық номерді, электрондық пошта адресін және т.б.);
- желінің өткізу жолағын резервтеу, басқару және бақылау;
- терминалдар арасында Н.323 сигналдық хабарларын ретрансляциялау.
IP-телефонияның бір желісінде ITU H.323 талаптарына жауап беретін өзара RAS хаттамасы арқылы байланысатын бірнеше аймақ контроллерлері болуы мүмкін.
Конференцияларды басқару құрылғысы (MCU) үш немесе одан да көп қатысушылар арасында байланыс ұйымдастыруды қамтамасыз етеді. Н.323 рекомендациясы конференцияның үш түрін қарастырады: орталықтандырылған (яғни MCU арқылы басқарылатын, әр қатысушы нүкте-нүкте режімінде қосылған), орталықсыздандырылғын (әр қатысушы қалған басқа қатысушылар-мен нүкте-нүктелер тобы режімінде қосылған) және аралас. Конференцияны басқару құрылғысы конференцияның бір міндетті элементі конференция контроллерінен (MC) тұрады және бір немесе бірнеше ақпаратты өңдеу процессорынан (МР) тұруы мүмкін. МС аймақ контроллерімен, шлюзбен, конференцияны басқару құрылғысымен бірігуі мүмкін.
Н.323 желісінің прокси-сервер деген тағы бір элементі, яғни сервер-делдал (посредник). Бұл сервер қолданбалы деңгейде жұмыс істейді және екі қосымша арасында алмасатын ақпаратты дестелерді бақылай алады. Прокси-сервер шақыру қай қосымшамен қосылғандығын анықтап, қажетті қосылысты жалғайды.
Н.323 хаттамалар тобының негізгі үш хаттамасы бар: ақырғы құрылғының RAS қақпақшасымен өзара байланысу хаттамасы, Н.225 қосылыстарын басқару хаттамасы және Н.245 логикалық арналарын басқару хаттамасы.
Халықаралық Электрбайланыс Одағы Н.225.0 хаттамасында Н.323 желісі компоненттерінің өзара әрекеттесу хаттамасын анықтады: ақырғы құрылғының (терминалдар, шлюздер, конференцияны басқару құрылғысы) қақпақшамен. Бұл хаттама RAS деп аталды (Registration, Admission and Status).
17. ІР-телефония желісінде байланысты ұйымдастыру принциптері
Дәстүрлі телефонияда шақырушы, қолданушы керекті абоненттің номерін тереді, ал телефондық желіні шақырудың маршруты ретінде қолданады. Шақыруды басқару үрдісі үш кезеңге (фазаға) бөлінеді: байланысты ұйымдастыру, дауысты беру және ажырату. Сигнализация жүйесінің хабары бұл фазаларды ұйымдастырады, ал стандартты бақылау сигналдары және жазылған дауыстық хабарлар абонентті өз шақыруының өту сипаттамалары туралы хабардар етіп отырады.
ІР-телефония жүйелерінде шақыруларды басқару үрдісі сигнализация хаттамалармен орындалады (9-суретті қараңыз).
9 Сурет - ІР-телефония жүйелерінде шақыруларды басқару
ІР-телефониядағы маңызды сұрақ – жүйеге қатынауды бақылау. Жалпы қолданыстағы телекоммуникация желілеріндегі абонент белгіленген жергілікті шлейф арқылы АТС-қа қосылады, сондықтан телефондық аппаратты анықтау өте оңай. ІР-телефония желісінде барлығы күрделі, себебі оған қатынаудың көптеген түрлері бар:
- Жалпы қолданыстағы телекоммуникация желілері (СТОП) арқылы жай телефонмен;
- Модемдік байланыс арқылы қашықтықтағы нүктенің сервері арқылы жалғастыру;
- ЛЕЖ (ЛВС) арқылы және территориялды бөлінген желі арқылы.
Жалпы жағдайда шақырушы және шақырылушы абоненттер арасындағы байланысты ұйымдастыруда ІР-телефония шлюзі мынадай болуы керек:
- ақырғы құрылғы тіркелуі мүмкін аймақ контроллерін табу;
- аймақ контроллерінде өз мнемоникалық адресін тіркеу;
- керекті өткізу жолағын көрсету;
- жалғауды ұйымдастыру;
- шақыру процесі кезінде жалғау параметрлерін басқару;
- жалғауды ажырату.
Жалғаудың ұйымдастыру, ұстап тұру және бұзу алгоритмдері.
Жалпы жағдайда жалғауды ұйымдастыру, ұстап тұру және бұзу алгоритмдері Н.323 бойынша өзіне келесі фазаларды біріктіреді:
- А фазасы. Жалғауды ұйымдастыру;
- В фазасы. Жүргізуші құрылғыны анықтау және функционалды мүмкіндіктер туралы деректермен алмасу;
- С фазасы. Шақырушы және шақырылушы абоненттер арасында аудиовизуалды байланысты ұйымдастыру;
- D фазасы. Өткізу жолағын өзгерту, құрылғының осы сәттегі жағдайы туралы хабар алу, конференцияны ұйымдастыру және қосымша қызметтерге бет бұру.
Аймақ контроллерінің қатысуы арқылы базалық жалғауды ұйымдастыру жүргізіледі: шақырушы құрылғы alias адресті ARQ хабарын шақырылушы абонентке береді, жауап ретінде аймақ контроллері ACF хабарын қайтарады. Келген хабарда аймақ контроллері сигналдық хабарды өзі басқаратыны туралы және өзінің сигналды каналының транспортты адресін көрсетеді. Ары қарай шақырушы құрылғы осы транспорттық адреске Setup (жалғауды) жалғау туралы сұрау жібереді. Аймақ контроллері Setup хабарын шақырушы абонентке қайта жібереді және шақырылушы абонентке Call Proceeding хабарын, яғни алынған мәлімет келген шақыруға қызмет етуге жететіндігі туралы хабарын береді.
Шақырылған абонент Setup–қа Call Proceeding хабарымен жауап береді. Егер құрылға шақыруды қабылдауға мүмкіндігі болса, ARQ желісінің ресурстарына жіберу туралы сұрау жібереді. Бұл сұрауға аймақ контроллері ACF бекітуімен жауап беруі мүмкін немесе ARQ желісінің ресурстарына жібермеуі туралы хабар береді. Бірінші жағдайда шақырылатын құрылғы Alerting (дайындыққа келу) хабарын жібереді және аймақ контроллері оны шақырушы құрылғыға маршуруттайды. Шақырылатын құрылғыға кіруші шақырыс ретінде визуалды немесе акустикалық сигнал беріледі, ал шакырушыға шақырылып жатқан құрылғының бос екендігі туралы белгі ретінде шақырушы сигнал беріледі. Желі ресурстарына қатынауға болмайтын кезде шақырушы құрылғы өзінің сигналды арнасын аймақ контроллеріне Release Complete (босату) хабарын береді.
Шақырылған қолданушы кіріс шақыруды қабылдаған соң, аймақ контроллеріне шақырылатын құрылғының басқарушы Н.245 каналының транспорттық адресімен Connect хабары беріледі. Контроллер бұл адресті өзінің басқарушы Н.245 арнасының транспорттық адресімен алмастырады және Connect хабары шақырушы құрылғыға береді, осыдан соң басқарушы Н.245 арнасы ашылады.
Сөйлесу сессиясын жылдамдату үшін басқарушы арна шақырылушы құрылғымен ашылуы мүмкін. Бұл тек шақырушы құрылғы немесе аймақ контроллерінің басқарушы Н.245 арнасының транспорттық адресімен берілетін Setup хабарын алған соң болады немесе шақырушы қолданушымен аймақ контроллерінің немесе шақырылушы қолданушының басқарушы Н.245 каналының транспорттық адресіне ие Call Proceeding немесе Alerting хабарымен іске асады.
Басқарушы Н.245 каналының ашылуынан кейін құрылғының функционалды мүмкіндіктері туралы деректермен алмасады. Біздің жағдайда бір ақырғы құрылғыдан екіншісіне берілетін басқарушы хабарлар аймақ контроллерімен маршрутталады. Терминал TerminalCapabilitySet (қабілеттіліктерді терминалды теру) хабарларымен алмасады, оларда қабылданатын информацияның декодалануының мүмкін болатын алгоритмдері көрсетіледі. TerminalCapabilitySet хабары басқарылушы арнамен берілетін хабарлардың біріншісі болуы керек. Басқа бір құрылғыдан TerminalCapabilitySet хабарын қабылдаған құрылғы, бұл хабарды алғаны туралы растау ретінде TerminalCapabilitySetAck хабарын жібереді.
Сонан соң жетекші/жетектегі құрылғыларды анықтау процедурасы ұйымдастырылады. Бұл конференция кезінде екі құрылғы арасында болатын келіспеушілікті шешуге қажетті. Олар конференцияның активті контроллерлері болуы мүмкін немесе бір уақытта екі бағытты логикалық арналар ашуға тырысады. Процедура барысында құрылғылар masterSlaveDetermination (бастыны анықтау) хабарларымен алмасады. Алынған хабарларға (mSD) жауап ретінде екі құрылғыда mSDAck хабарларын, яғни қай құрылғы жетекші немесе жетектегі екенін білдіретін хабарлар жібереді. mSD хабарын беріп, mSDAck хабарын алған құрылғы mSDAck хабарын таратады. Функционалды мүмкіндіктері туралы деректермен алмасып және жетекші немесе жетектегі құрылғыны анықтаған соң, бір бағыттағы логикалық арналар процедурасы орындалуы мүмкін. Open LogicalChannel арнасын ашу талабында құрылғы осы арна бойынша таратылатын ақпарат түрін және кодтау алгоритмін көрсетеді. Логикалық арна дауысты тасу үшін қолданылады, сондықтан Open LogicalChannel хабарында RTCP арнасының транспорттық адресі көрсетілетін media Control Channel параметрі қосылады. Оның көмегімен RTP дестелерді бақылайды. OpenLogicalChannel хабарына жауап ретінде құрылғының транспорттық адресі көрсетілетін OpenLogicalChannelAck дейтін растау жібереді. Оған таратушы жақтан RTP дестесі, сонымен қатар RTPС арнасының транспорттық адресін жіберуі керек.
Әрі қарай сөйлесу сессиясы ашылады. Шақырушы қолданушының құрылғысы RTP/UDP/IP дестелері түріндегі дауыстық мәліметттерді шақырылған қолданушының құрылғысына RTP арнасының транспорттық адресіне береді. Ал шақырылған қолданушы дестеленген дауыстық мәліметттерді шақырылған қолданушы құрылғысының RTP арнасының транспорттық адресіне жібереді. RTСР арнасының көмегімен RTP арналары бойынша мәліметтерді тарату бақыланады.
Сөйлесу фазасы аяқталған соң байланысты бұзу фазасы басталады. Тұтынушы құрылғысы дауыстық мәліметтерді беруі тоқтатуы керек, логикалық арналарды жабу және басқарушы Н.245 арнасына тұтынушы байланысты аяқтағысы келетіні туралы end Session Command (сессияның аяқталуы туралы команда) хабарын береді. Сонан соң қарсы құрылғыдан end Session Command хабарын күтеді, оны қабылдаған соң басқарушы Н.245 арнасы жойылады. Бұдан әрі, егер сигналды арна ашық болса, онда Release Complete хабары беріледі.
Үзуді ынталанған қолданушы жіберген end Session Command бұйрығын алған қолданушы дауыстық мәліметтерді тоқтатуы, логикалық арнаны жабуы және end Session Command хабарын беру керек. Ары қарай, егер сигналды арна ашық болса, Release Complete хабары беріледі және сигналды арна жабылады.
Бұл әрекеттердің барлығы аяқталған соң ақырғы құрылғы аймақ контроллеріне иеленген өткізу жолағының босағандығы туралы хабарлайды. Осы мақсатпен әрбір байланысқа қатысушы RAS арнасы бойынша DRQ байланысынан шығу туралы сұрау жібереді. Бұған аймақ контроллері DCF растауымен жауап беруі керек, бұдан соң шақыруға қызмет көрсетілу аяқталды деп есептеледі.
18. ІР-телефонияда сценарилерді ұйымдастыру
ІР-телефонияның үш негізгі сценариі
ІР-телефонияда көп қолданылатын үш сценариді қарастырайық.
- “компьютер-компьютер” ;
- “компьютер-телефон”;
- “телефон-телефон”.
19. “Компьютер-компьютер” мультимедия құрылғыларымен жабдықталған және интернет желісіне қосылған стандартты компьютерлер негізінде ұйымдастырылады. “Компьютер-компьютер” сценариі бойынша ІР-телефония моделінің компоненттері 10-суретте келтірілген.
10 Сурет - ІР-телефонияда “компьютер-компьютер” сценариі
Бұл сценариде А микрофонынан шыққан аналогты дауыстық сигналдар аналогты-сандық түрлендіргіш көмегімен сандық түрге түрленеді, әдетте 8000 санақ/с, 8 бит/с, нәтижесінде 64 Кбит/с.
Сонан соң дауыстық деректер өздеріне қажет тарату жолақтарын 41, 81, 101 қатынастарында қысқарту үшін кодтаушы құрылғы көмегімен сандық түрге сығылады. Сығылған соң нәтижелік деректер хаттамалардың тақырыптары қосылатын дестелерге айналады, бұдан соң дестелер ІР жүйесіндегі Б абонентіне қызмет етуші ІР-телефония жүйесіне жіберіледі. Дестелер Б абонентінің жүйесімен қабылданған кезде, хаттама тақырыптары жойылады, ал сығылған деректер өздерін алғашқы қалпына келтіретін құрылғыға келеді. Сонан соң дауыстық деректер аналогты түрге сандық-аналогты түрлендіргіш көмегімен қайта түрленіп Б абонентінің телефонына келіп түседі.
ІР жүйесіндегі екі абонентті қарапайым түрде жалғау үшін әрбір ақырғы бөлікте біруақытта тарату функциясы әрі қабылдау функциясы ұйымдастырылады. ІР желі деп ғаламдық ІР желіні немесе деректерді таратудың корпоративтік желісі ретінде түсінуге болады.
А және Б абоненттері бір-бірімен сөйлесуі үшін интернетке немесе басқа бір желіде ІР хаттамасымен шығуы керек. Осы абоненттер арасындағы байланысты ұйымдастыру алгоритмін қарастырайық:
- А абонентінің құрамында Н.323 хаттамасы бар өзінің ІР-телефония қосымшасын жібереді;
- Б абоненті Н.323 хаттамасы бар ІР-телефония қосымшасын бұрынырақ жібереді;
- А абоненті Б абонентінің домендік атын біледі, әрі осы атты өздерінің ІР-телефония қосымшасындағы “кімге соғу” бөліміне енгізеді және Return түймесін басады;
- ІР-телефония қосымшасы Б абонентінің домендік атын ІР адресіне айналдыру үшін DNS серверге жүгінеді;
- DNS сервері Б абонентінің ІР адресін қайтарады;
- А абонентінің қосымшасы Б абонентінің ІР-телефония адресін алады және оған Н.225 Setup хабарын жібереді;
- Н.225 Setup хабарын алған уақытта Б абоненті оған кіріс шақыру туралы сигнал береді.
- Б абоненті шақыруды қабылдайды және ІР-телефония қосымшасы Н.225 Connect жауаптық хабарын жібереді;
- А абонентінің ІР қосымшасы Н.245 рекомендациясына сәйкес Б абонентінің қосымшасымен өзара әрекеттеседі;
- Н.245 хаттамасы бойынша өзара әрекеттер аяқталған соң және логикалық арналардың ашылуынан соң А және Б абоненттері ІР желісі арқылы сөйлесе алады.
20. “компьютер-телефон” сценариі мәлімет – ақпараттық сүйеу қызметтерінің әр түрлерінде қолданыс тапты. Бұл ІР-телефония модификациясының екі сценариін қарайды:
- компьютерден (ІР желіні қолданушы) телефонға (СТОП абонентіне),
жекелей түрде, ІР желісін қолданушыларға телефондық қызмет көрсету, оның ішінде мәлімет – ақпараттық қызметтерге және интеллектуалды желі қызметтеріне.
- СТОП абонентінен ІР желісінің қолданушысына, яғни шақырылатын
жақтың екі нөмірлік Е.164 немесе IP адресациялары негізіндегі идентификациясымен.
Бірінші модифифкацияда "компьютер - телефон" сценариінде ІР желісін қолданушы мен коммутация арналары жүйесінің қолданушысы арасында ұйымдастырылады (11-суретті қараңыз).
11 Сурет - СТОП абонентінің ІР желісін қолданушыға шақыруы
Байланысты ұйымдастыруға ІР желісін қолданушы ынталы деп есептейік. СТОП және ІР желілерінің өзара әрекеттесуі үшін керекті шлюз жеке құрылғыда жасалуы немесе СТОП және ІР желісі құрылғыларында интеграцияланған.
"Телефон - компьютер" сценариі бойынша жасалған ІР-телефония жүйесі құрылымының қарапайымдатылған мысалын толық түрде қарастырып көрейік (12-суретті қараңыз).
12 Сурет - ІР желісін қоданушы СТОП абонентін шақырады
Алғашқы фазада мәліметті-ақпараттық қызметті шақыру әрекеті кезінде дестелі телефония немесе қарапайым телефон қызметтерін қолдана отырып, А абоненті ІР-телефонияның жақын жердегі шлюзін шақырады. Шлюзден А абонентіне шақырылуы керек абоненттің нөмірін теру туралы сұрау түседі. Сонымен қатар аутентификация үшін керек идентификациялық нөмір (PIN) және бұл қызмет шақыруға шақырушы абонентпен ақы төленетін болса, онда төлеудің келесі есептеулері келеді. Шлюз шақырылатын номерге негізделе отырып берілген қызметке ең қолайлы жолды анықтайды. Бұдан басқа, шлюз өзінің дауысты кодтау және дестелеу функцияларын активизациялайды, шақырылуға қызмет көрсету процесіне мониторинг жүргізеді және бұл процес (үзу шақырысы посылкасының бос еместігі) туралы мәліметтерді шығушы жақтан басқару және сигнализациялау хаттамалары арқылы қабылдайды. Кез келген жақтан үзілу сигнализация хаттамасы бойынша қарсы жаққа беріледі, орнатылған байланыстарды аяқтауды шақырады және келесі шақыруға қызмет көрсету үшін шлюздің ресурстарын босатады.
21-22-23. "телефон - телефон" сценариі ІР-телефонияның басқа сценарилерінен айрықшаланады, себебі оның мақсаты қарапайым СТОП абоненттеріне қалааралық және халықаралық телефон байланысының альтернативтік мүмкіндіктерін беру болып табылады. Бұл режімде ІР-телефонияның қазіргі технологиясы ІР қатынау арқылы виртуалдық телефондық линияны пайдалануға береді.
ІР-телефонияның мұндай сценариі бойынша шақыруларға қызмет көрсету келесі түрде жүреді. ІР-телефония қызметін жеткізуші өз шлюзін коммутациялық торапқа немесе СТОП станциясына қосады, интернет желісі бойынша немесе бөлінген арна арқылы басқа бір қалада немесе елде орналасқан ұқсас шлюзбен жалғанады (13-сурет).
13 Сурет - СТОП абонентінің транзитті ІР желісі арқылы жалғануы
ІР телефония қызметін жеткізушілер «телефон-телефон» қызметін беруді ІР телефония шлюздерін ІР желінің кірісіне және шығысына орнату арқылы жүзеге асырады. Абоненттер арнайы қатынау нөмерін тере отырып СТОП арқылы жеткізушінің шлюзіне қосылады. Абонент дербес идентификациялық номерін (PIN) немесе шақырушы абонент нөмерінің идентификация қызметін қолдана отырып шлюзге рұқсат алады. Бұдан соң шлюз шақырылатын абоненттің телефон нөмерін енгізуді сұрайды, оны талдап және шлюздердің қайсысы телефонға ең тиімді қатынай алатынын анықтайды. Кіріс және шығыс шлюздердің арасында байланыс орнатылысымен, ары қарай шақырылатын абонентке байланысты шығыс шлюздің жергілікті желісі арқылы орындалады.
ІР желісі арқылы байланысты орнату үшін А абоненті ІР-телефония қызметін жеткізуші шлюздің жергілікті телефон нөмерін тереді. А абонентіне станцияның екінші жауап сигналы беріледі және шақырылатын абоненттің нөмерін теруін сұрайды. Әрі қарай Б абоненті жағынан байланыс орнатылады.
ІР-телефонияның "компьютер - компьютер" және "компьютер - телефон" сценариін қолдануының негізгі стимаулы болып дауысты және деректерді берудің тиімділігі болып табылады.
24. ІР-телефония сапасын қамтамасыз ету
25. ІР-телефонияның сапалық көрсеткіштері
Дәстүрлі телефондық жүйелері электр сигналдарын дауыстық спектр сигналдарын беруге жетерліктей кепілдік беретін өткізу жолағымен жалғайды. Берілетін сигналдың бекітілген өткізу қабілеті үшін уақыт бірлігінің шамасы шақыру нүктесінің және жауап беру орнының алыстығына және орналасуына байланысты.
Дестелерді жалғау желісі кепілдік етілген өткізу жолағын қамтамасыз етпейді, себебі байланыс нүктелері арасындағы кепілдік етілген жолды қамтамасыз ете алмайды.
Дестелердің келу интервалы мен реті маңызды емес қосымшаларда (электондық пошта) жеке дестелер арасындағы кідіру уақыты шешуші мағынаға ие емес. ІР-телефония деректерді тарату аумақтарының бірі болып табылады, онда қазіргі әдістермен кодтау және мәліметтерді таратуды қамтамасыз ететін сигналдарды беру динамикасы маңызды, сонымен қатар арналардың өткізу қабілетінің ұлғайуы да.
26. ІР-телефонияның сапасының негізгі құраушылары болып дауыс және сигнализация сапасы болып табылады (14-суретті қара). Дауыс сапасы келесілерді біріктіреді:
- диалог немесе қолданушының реалды уақытта және толық дуплексті режімде бір-бірімен байланысуы және сөйлесуі;
- дауыстың айқындылығы, тазалығы және тоналдығы;
- меншікті дауыстың жаңғырықпен естілуі;
- дауыстың деңгейі немесе дауыстылығы.
Сигнализация сапасы келесілерді біріктіреді:
- шақыруды орнату немесе табысты қатынау жылдамдығы және жалғауды орнату уақыты;
- шақырыстың аяқталуы немесе бас тарту уақыты және үзу жылдамдығы;
- көпжиілікті нөмір теру сигналдарының анықталуы немесе DTMF сигналдарды бекіту.
27. ІР-телефония сапасына әсер етуші факторлар екі категорияға бөлінуі мүмкін:
- максималды өткізу қабілеті немесе берілетін деректердің пайдалы және артық максималды саны;
- желі арқылы пакеттерді беруге қажетті кідіру немесе уақыт аралығы;
- тізбектелген екі десте арасындағы джиттер немесе кідіріс;
- желі арқылы таратуда жоғалған дестелер немесе дестелер жоғалуы;
14 Сурет - ІР-телефония сапасына әсер етуші факторлар
28. Шлюз сапасының факторлары:
- қажетті өткізу жолағы немесе әртүрлі кодерлер, әртүрлі жолақты керек етеді;
- дауыстық сигналдарды өңдеу үшін сандық процессорға немесе басқа құрылғыларға керекті кідіріс немесе уақыт;
- барлық дестелер алынып болғанша деректер дестелерін сақтау немесе джиттер буфері және джиттерді минимизациялау үшін керекті тізбекті беруге болады;
- дестелердің жоғалуы немесе ІР-телефония құрылғысында дестелерді беру немесе қысу кезіндегі дестелердің жоғалуы;
- желі бойынша тарату кезінде пайда болатын жаңғырықты басу немесе жаңғырықты басушы механизм;
- деңгейді басқару немесе дауыс қаттылығын бақылау мүмкінділігі.
29. ІР-телефония сапасына желінің әсер етуі
Кідіріс диалогты енгізгенде қолайсыздықтар туғызады, сөйлесулердің бірін-бірі жабуы және жаңғырықтың пайда болуы. Шағылған дауыстық сигнал сигналмен бірге алыстағы соңынан сөйлеушіге қайта оралуы жаңғырықтың пайда болуына әкеледі. Тарату бөлігіндегі кідіріс 50 мс-тан көп болғанда, жаңғырық қиын проблемаға айналады.
Бір бағыттағы кідіріс 250 мс-тан асып кеткенде, диалогтың қиындауы және сөйлесулердің бірін-бірі жабуы сапаның маңызды сұрағына айналады.
Бір соңынан екінші соңына дауысты беру кезінде кідіріс көздерінің келесі түрлерін көрсетуге болады (15-суретті қараңыз):
- жиналу кідірісі (алгоритмтік кідіріс): бұл кідіріс дауыстық кодерде орындалатын дауыстық кадр санақтарын жинау қажеттілігімен шартталған;
- өңдеу кідірісі: анықталған кідірістерді кодтау процесінде және дестелік желі арқылы тарату үшін кодталған санақтардың дестеге жиналуында пайда болады.
- Желілік кідіріс: кідіріс физикалық орта және хаттамалармен шартталған, сонымен қатар қабылдау соңындағы джиттерді жою үшін қоданылатын буферлермен. Желілік кідіріс желі сыйымдылығына және желідегі процестерге тәуелді.
15 Сурет - ІР-телефония желісіндегі кідірістердің құраушылары
30. Кідіру уақытын үш деңгейдің біреуіне жатқызуға болады:
- бірінші деңгей 200 мс-қа дейін байланыстың өте жақсы сапасы. Салыстыру үшін, СТОП-та рұқсат етілетін кідіріс 150, 200 мс;
- екінші деңгей 400 мс-қа дейін байланыстың жақсы сапасы. Бірақ СТОП-пен салыстырғанда айырымы елеулі;
- үшінші деңгей 700 мс-қа дейін маңызды емес сөйлесуге жарайтын байланыс сапасы. Мұндай байланыс сапасы жерсеріктік байланыста да болуы мүмкін.
Деректерді ІР желісі арқылы таратуда өте жиі дестелейді, дестелер жиі әртүрлі уақыттарда және әртүрлі реттерде келіп түседі. Бұл дестелерді (джиттерлерді) жеткізудің уақытты таралуын пайда қылады. Джиттер дауысты тарату кезінде сатыр-сұтырлар және шертулер түрінде естілетін бұзылуларға әкеледі. Джиттердің үш түрін ажыратуға болады:
- деректерге тәуелді джиттері өткізу жолағы шектелгенде немесе желі бұзылғанда пайда болады;
- жұмыс циклының бұрамалануы төменнен жоғарыға және жоғарыдан төменге беру арасындағы таралулар кідірісімен шартталған;
- кездейсоқ джиттер жылулық шудың нәтижесі болып табылады.
ІР-телефониядағы жоғалған дестелер дауысты бұзады және темір бұрмалануын пайда қылады. Барлық дауыстық кадрлар деректер ретінде өңделеді, сондықтан дауыстық кадрлар шыңдық жүктемелерде басқа да деректер кадрлары сияқты алынып тасталады. Деректер кадрлары уақытпен байланысты емес, және тасталған кадрлар қайталану жолымен табысты түрде берілуі мүмкін, ал дауыстық дестелердің жоғалуы мәліметтің толық емес жоғалуына әкеледі. 5%-ке дейінгі шығындар білінбестей, ал 10-15%-тен жоғары рұқсат етілмейтін болып есептеледі. Трафиктің жоғарылауымен арнада кідірістер мен жоғалулар өсуі мүмкін деп ұйғаруға болады.
31. Дауысты өңдеу процедуралары
ІР-телефонияда сапалы дауыстық сигналдарды беруді қамтамасыз ету үшін келесідей өңдеулер қажет:
а) кіріс аудиосигналдан барлық жағымсыз компоненттерді алып тастау. Дауысты цифрлаған соң микрофон динамигінен жаңғырықты, бөлмелік жаңғырықты және фондық шуылды, сонымен қатар дауыстық спектрдегі төменгі жиіліктегі айнымалы тоқтағы шуылдарды сүзгілеу. Бұл функциялар дербес компьютердің аудиокомпоненттерімен жүзеге асырылады, сондықтан ІР-телефония жүйесі мұндайды иеленбеуі мүмкін;
б) дауыстағы кідіруді (паузаны) басу; қалдықты фондық шуылды (сыртқы шуылдарды) айқындау және ең алыс ақырғы бөлікте қалпына келтіру үшін кодтау. Жақын ақырғы бөліктегі үзілістерді толығымен жойған дұрыс. Алыстағы соңғы бөлікте қалпына келтіру үшін DTMF сигналдарын және басқа да сигналдарды қысқа кодтарға айырбастау керек. Дауыс қаттылығы анықталған табалдырықтан төмен кезде үзілістерді басу функциясы активтелгені әсерінен кейбір жүйелер сөздің басын немесе аяғын кесіп тастайды (энергияның жоғарылауы немесе төмендеу периоды кезінде);
в) дауыстық деректерді сығу. Цифрленген дауысты әртүрлі әдістермен сығуға болады. ІР-телефонияда қолданылатын шешімдер жылдам болуы керек, дауыс сапасын сақтау және шығысты деректердің үлкен емес массивтерін беруі керек;
г) сығылған дауыстық деректерді нөмірлеу тәртібі бойынша ұзындығына тең қысқа сегменттерге бөлу, дестелердің тақырыптарын қосу және тарту;
д) шығындарды немесе дестелер кідіруін интеллектуалды өңдеуді қамтамасыз ету үшін адаптивті ресинхронизация буферінде реттеу және қабылдау. Басты мақсат болып дестелер арасындағы айнымалы кідірістердің әсер етуінен құтылу табылады. Бұл проблеманың шешуі болып келіп түсетін дестелердің жеткілікті шамасын буферизациялау, себебі дестелердің түсу уақыты әртүрлі болса да дауыс үзіліссіз болуы керек.
ІР арнаның өткізу қабілетін қолданудың басты мақсаттарының бірі болып кодектің дауыстық мәліметті тиімді кодтау/декодтау алгоритмін таңдау болып табылады.
Барлық дауыстық кодерлерді әрекет ету принципі бойынша үш топқа бөлуге болады:
а) 50-жылдары пайда болған және қазіргі уақытта дәстүрлі телефондық жүйелерде қолданылатын ИКМ кодегімен және адаптивті дифференциалды ИКМ (АДИКМ). Көпшілік жағдайларда олар АЦТ/ЦАТ қосындысын бейнелейді.
б) дауыстық сигналды вокодерлік түрлендіруі бар кодектер жылжымалы байланыс жүйелерінде радиотрактінің өткізу қабілетіне талаптарды төмендету үшін пайда болды. Бұл кодектердің тобы мәліметтердің фонемалардың вокалды құраушылары негізінде сигналдың гармоникалық синтезін қолданады. Әдетте мұндай құрылғылар аналогты құрылғылар негізінде жасалған.
в) аралас (гибридті) кодектер өздеріне дауысты вокодерлік түрлендіру/талдау технологиясын біріктіреді, бірақ специализацияланған процессорлар арқылы цифрлық сигнал көмегімен операция жасайды. Бұл типтегі кодектер өзіне ИКМ немесе АДИКМ кодекті және цифрлық әдіспен жасалған вокодерді біріктіреді.
32. Дауыстық сигналдарды кодтау үшін стандарттар
ІР-телефонияның дауыстық шлюздерінде кодек түсінігі тек қана кодтау/декодтау алгоритмдерін ғана емес, сонымен қатар олардың аппараттық орындауын да. ІР-телефонияда қолданылатын кодектердің көпшілігі Н.323 стандартының «G» тобы рекомендациясымен сипатталған (16-сурет).
16 Сурет - Дауыстық сигналдарды кодтау үшін стандарттар
ХЭБ-ның (МСЭ) 1984 жылы бекіткен G.711 рекомендациясы, аналогты сигналды 8 кГц дәлдікпен ИКМ түрлендіруді және сигнал амплитудасын қарапайым компрессиялауды қолданатын кодекті сипаттайды. Түрлендіргіштің шығысындағы деректер ағынының жылдамдығы 64 кбит/с (8 бит х 8 кГц) құрайды. Кодтау кезінде үлкен емес амплитудалы сигналдарды түрлендіруді жақсарту және кванттау шуын төмендету үшін деңгей бойынша сызықсыз кванттау қолданылады. G.711 кодегі дәстүрлі телефония жүйелерінде кең таралған. G.711 рекомендациясы Н.323 стандартында негізгі және біріншілік болғанымен ІР-телефония шлюздерінде сирек қолданылады, себебі өткізу жолағына жоғары талаптары және тарату арнасындағы кідірістерге байланысты. G.711-дің ІР-телефония жүйелерінде қолданылуы тек, біруақыттағы аз санды сөйлесулер кезінде дауыстық мәліметті кодтаудың максималды сапасын қамтамасыз ету жағдайларына ғана негізделген. Дауысты сығу алгоритмдерінің ең ескілерінің бірі АДИКМ адаптивті дифференциалды ИКМ (G.726 стандарты 1984 жылы қабылданған) болып табылады. Бұл алгоритм практика жүзінде ИКМ сияқты дауыс шығарудың сапасын береді, алайда оны қолдану кезінде тек 16 32 кбит/с жолағы керек етіледі. Әдіс аналогты сигналдағы берілуші сөзде интенсивтіліктің күрт секіруінің мүмкін еместігіне негізделген. Сондықтан, егер сигналдың амплитудасын емес оның алдыңғы мәнімен салыстырғандағы өзгеруін кодтаса, онда разрядтардың аз санымен амалдауға болады. Кодек видеоконференция жүйелерінде қолданылуға арналған. G.723.1 рекомендациясы дауыстық мәліметті кодтау технологиясын MP MLQ (MultyPulse Multy Level Quantization көп импульстік, көпдеңгейлі кванттау) қолданатын гибридтік кодектерді сипаттайды, бұл кодектерді АЦТ/ЦАТ немесе вокодер комбинациясы ретінде сипаттауға болады. G.723.1 кодегі аналогты сигналды деректер ағынына 64 кбит/с жылдамдықпен (ИКМ) түрлендіруді жүзеге асырады, сонан соң көпжолақты цифрлық сүзгі/вокодер көмегімен жиіліктік фонемаларды бөліп, оларды талдап және ІР арнасы бойынша дауыстық сигналдағы фонемалардың ағымдағы жағдайы туралы мәліметтерді ғана береді. Берілген алгоритм дауыс сапасының нашарлауын білдіртпей жылдамдықты 5,3-6,3 кбит/с дейін азайтуға мүмкіндік береді. Түрлендіру процесі 37 мс кідірісті енгізеді. G.723.1 кодегі ІР-телефонияның дауыстық шлюздарында және басқа да құрылғыларында кең қолданылады. Кодек сапасы бойынша G.729 кодтауына жол бергенімен, процессор қорларына және арнаның өткізу қабілетіне онша қатал емес. G.729 кодектерін қысқартылған түрде CSACELP (Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction – басқарылатын алгебралық коды бар кездесетін құрылым). Дауыстық сигналды кодтау жылдамдығы 8 кбит/с. Бұл кодек VoIP құрылғыларында жетерліктей жоғары компрессиясымен дауыстық мәліметті кодтаудың өте жақсы сапасын қамтамасыз ете отырып алдыңғы орынды алады.
1992 жылғы G.728 рекомендациясында сипатталған гибриді кодек LDCELP Lowe DelayCode Excited Linear Prediction санатына (категория) жатады, ол кодек алдын ала сызықты айтуы бар басқарылатын кодегіне ие. Кодек 16 кбит/с түрлендіру жылдамдықты қамтамасыз етеді, 35 мс-пен кодтау кезінде кідірістерді енгізеді және ұйымдастыру үшін тез әрекеттігі 40 MIPS көп процессор қажетті. Кодек видеоконференция жүйелерінде қолданылуға арналған. Берілген кодек ІР-телефония құрылғыларында айтарлықтай сирек қолданылады.
52-53-54. RSVP, RTP және RTCP протоколдары базасында сапаны қамтамасыз ету
ІР-телефония сапасын қамтасыз ететін құралдардың бірі IETF комитетімен ұсынылған қорларды сақтау хаттамаларын қолдану болып табылады. RSVP көмегімен мультимедиа бағдарламалары желілік IP, әрі UDP протколдарының кез келгені арқылы арнайы қызмет ету сапасын (QoS) талап етуі мүмкін, себебі видео және аудиосигналдарды сапалы түрде қамтамасыз ету үшін RSVP хаттамасы әрбір компьютер немесе торап арқылы кепілденген QoS-ты қарастырады, деректердің белгілі шамасы берілуі мүмкін.
RSVP хаттамасы өткізу қабілетінің бөлігін резервтеу үшін ғана арналған. Жіберуші RSVP-ны қолдана отырып RSVP Path хабары арқылы алушыны қорлардың бос шамасы туралы периодты түрде хабардар етіп отырады (17 суретті қараңыз). Транзитті маршрутизаторлар да осы хабардың өтуі өлшемінде олардағы бос ресурстар шамасын талдайды және кері бағытта берілетін RSVP Resv сәйкес хабарымен нақтылайды. Егер ресурстар жеткілікті болса, онда жіберуші мәлімет таратуды бастайды. Егер ресурстар жетпесе, онда алушы талаптарды төмендетеді немесе мәлімет беруді тоқтатады.
17 Сурет - RSVP хаттамасын қолдану
RSVP сұралған QoS деңгейіне кепілдік бере алмаған кезде, оның өз сыйысушылық шегіне тәуелділігінде, барлық тізбектелген сұраныстар еленбейді және жойылады. Бір тораптың сұрауға жауап беру кезінде бас тартуы RSVP жүйесі бөліктерге бөлінеді.
Ондағы QoS-ты беру туралы сұрауларға қызмет ету үшін маршрутизатордың қандай параметрлерді қолданатынын администратордың анықтай алу мүмкіндігі бар кезде RSVP корпоративтік деңгейде айтарлықтай жақсы болашаққа ие. Ғаламдық желілердегі маршрутизаторлар осындай юрисдикцияның астында болуы міндетті емес, сұрауларды шығаратын хосттар немесе қосымшалар кепілденген QoS-ты қиындатады.
Джиттер мәнін және желілік деңгейдегі кідірістерді азайту үшін қолданушыға берілген деңгейдің сапасына кепілдік етуге RSVP, MPLS, ATM, басқа да механизмдері қолданылады. Олар желімен көрсетілетін қызмет сапасын жақсартады, бірақ желілік құрылғылардағы кезектердің түзілуін толықтай жоя алмайды, ізінше джиттерді де алып тастамайды.
33. IP-телефония ұйымдастырудың принциптері
IP-телефония жабдықтары
Төменде ІР-телефонияның бағдарламалық құралдары мен жабдықтарын жасауда озық нәтижеге жеткен компаниялардың тізімі келтірілген: VocalTec, Dialogic, Cisco, Ascend, 3Com, Nortel, Lucent, IBM, Motorola, RAD, Rock-well, Digitcom және т.б.
Nortel Networks концепциясының тәжірибелік жүзеге асуы Ресейлік ВСС үшін сертификациядан өткен MMCS (MultiMedia Carrier Switch) платформасы болып табылады. DPN (протоколы Х.25, FR) сериялы дестелік коммутаторлар тобы Magellan және Passport 7000/6000 сериялы мультихаттамалық маршрутизаторлар, Passport Voice Gateway шекаралық құрылғылары, телефондық түйіндесуші желілер және АТМ желілері, сондай-ақ Passport 15000 жоғарыжылдамдықты АТМ-коммутаторлары мысал бола алады. Аталған барлық құрылғылар дауысты, факсимильдік хабарларды, бейнеақпараттарды, IP, FR, SNA, X.25, HDLC хаттамалары бойынша деректерді интегралдайды және бар қорларды (мысалы, дауысты беру кезінде дестелерді айнымалы жылдамдықпен беру технологиясы қолданылады) пайдалануын оптималдай отырып, мультимедиялық қызметпен қаматамасыз етеді.
IP-телефонияның тағы да бір мысалы ретінде жапондық NEC корпорациясының гамма өнімдеріне кіретін 1Р45/951 әмбебап маршрутизаторы мысал бола алады. Бұл маршрутизатордың дауыстық және мультимедиялық хабар беру функциялары бар. 1Р45/951 маршрутизаторы шлюз және қақпақша қызметін іске асырады. Бұл маршрутизатор дауысты кодтаудың көптеген алгоритмдерінде жұмыс жасайды, мысалы, ITU-T G.729, G.729a, G.729b, G.729ab, G.723.1, G.729.1a, G.711, G.711VAD, G.728 және G.728VAD. Бұл 1Р45/951 маршрутизаторына Н.323 хаттамасында жұмыс істейтін барлық шлюздермен қосылуға мүмкіндік береді. 1Р45/951 маршрутизаторы мынадай ерекшеліктеріне байланысты дауысты беру сапасы жақсы болады: қазіргі заманғы кодтау алгоритмдерін қолдану; жаңғырықты басу (64 мс); джиттерді тегістеу; сөйлесулердегі паузаларды басу; комфорттық шуды генерациялау; RSVP хаттамасын қолдау; IP/UDP/RTP тақырыптарын сығу; әртүрлі трафиктер түрі үшін приориттерді қолдау.
Соңғы кездері осы барлық сценарийлер үшін IP-телефония жабдықтарының келесідей түрлері пайда болды.
1. IP-телефонияның цифрлық және аналогтық интерфейстер арқылы АТС-ға қосылатын және дауыс сигналдарын алдын ала өңдейтін, компрестейтін, IP-дестеге айналдыратын және оларды желімен жіберетін автономды шлюздер .
2. Мекемелік АТС-ларды корпоративті ІР-желіге қосуға арналған интерфейсті 10/100BaseT (ЛВС Ethernet) магистралдық дауыстық платалар. АТС-на осындай платаны қондырғаннан соң дауыстық трафик ІР-дестелер түрінде АТС-нан телефондық желіге жіберілгені сияқты жергілікті немесе ғаламдық желіге жіберіледі.
3. Дауыстық ақпаратты ІР-дестелерге түрлендіруші және телефондық желіге емес тікелей ЛВС Ethernet-ке қосылатын телефондық аппараттар (IP-телефондар). Ережеге сай, Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) динамикалық конфигурация хаттамасын қолдана отырып, мұндай аппараттар желілік администратордан минималдық баптауларды қажет етеді.
4. IP хаттамасы негізіндегі дәстүрлі АТС-дың қызметін атқаруға арналған дауыстық дестелердің мамандандырылған коммутаторлары. Әдебиеттерде мұндай құрылғылар IP-АТС деп аталады, бірақ бұл жағдайда арналардың емес, дестелердің коммутациясы жүргізілетіндіктен бұл атау онша сәйкес келмейді.
Бұрынғы модельдерде сигналды цифрлық өңдеу бағдарламалық құралдармен жүргізілді. Содан соң бағдарламалық өңдеуді аппараттық өңдеу алмастырды, негізгі қызметті DSP (Digital Signal Processing) платалары орындай бастады, бұл негізгі процессор мен оперативті жадының жұмысын жеңілдетті, құрылғының порттар санын көбейтіп, дауыстық ақпараттың кідіріс уақытын азайтты.
Texas Instrument, Dialogic (DM3 IP Link) және Natural MicroSystems (Quad E1) фирмаларының DSP платалары көпке танымал.
Арналары коммутациялы желілер мен дестелері коммутациялы желілер арасын байланыстыратын шлюздер ІР-телефонияны енгізудің онша маңызды емес себебі болып табылады.
Қазіргі кезде бірнеше ондаған компаниялар осы сияқты жабдықтарды шығыруда, олардың қатарында: Cisco Systems, VocalTec, Lucent Technologies және т.б. Оның үстіне, осы шлюздердің негізінде әр телекоммуникациялық компаниялардың алдыруға арыз берген немесе алған ІР-телефониялық құрылғылары бар. ІР-дестелерді маршрутизациялау технологиялары негізінде құрылған АТС-лар ұсынылады. Cisco компаниясы Catalyst 5500 коммутаторлы интегралданған AS5300 қосылу серверін жасап шығарды. Ascend Communications Inc. компаниясы коммутацияланатын TNT арналарына арналған модемді гигабиттік GRF маршрутизаторымен біріктірді. 3Com компаниясы өзінің Total Control Hub концентраторына ІР-мен дауыс беру мен факсты қосты.
Бірыңғай телефон желісіне ІР-дестелерді маршрутизациялау желілерімен дауыстық ақпараттарды беру технологиясын енгізген кезде жоғарыда қарастырылғаннан басқа мынадай спецификалық қиындықтар туындайды:
- IP-телефония жабдықтарын екісымды аналогтық абоненттік желілермен ортақ қолданыстағы телефон желісі АТС-на қосқан кезде бұл желілерде сигналдардың тез өшуі кедергі болады;
- IP-телефония жабдықтарын СТОП коммутациялық жабдығына қосқанда станцияаралық жалғау желілеріндегі байланыс декадты-қадамдық және координаттық АТС-ларының спецификалық сигнализация жүйелері әсерінен нашарлайды.
Қазақстандық шарттарда Протей-ITG жабдығымен ІР-желісін құруды қарастырамыз. IP-телефонияның Протей-ITG шлюзі 2-нұсқалы Н.323 хаттамасымен дестелерді маршрутизациялау желісімен дауыстық трафикті және факсимильдік ақпараттарды беруді жүзеге асырады. Шлюздің негізгі функционалдық жұмысы СТОП-тан тұрақты жылдамдықпен келетін дауыстық ақпараттарды ІР-дестелерді маршрутизациялау желілерімен жіберуге дайын түрге түрлендіру, яғни: кодтау және дауыстық ақпараттарды RTP/U DP/IP дестелеріне түрлендіру, сондай-ақ кері түрлендіру. Одан басқа, шлюз E-DSS1 және ОКС7 (ISUP-R, российская версия) сигнализация жүйелерінің сигналдық хабарларын Н.323 сигналдық хабарларына айналдырады және ITU H.246 рекомендациясы бойынша кері түрлендіру жасайды.
Протей-ITG шлюзі СТОП-қа цифрлық желілерге ISUP-R жүйесінің сигнализациясын, E-DSS1 абоненттік сигнализациясын, сондай-ақ бөлінген екі сигналдық «R1.5» арналары сигнализациясын қолдана отырып 2048 Кбит/с беру жылдамдығымен қосылады, ал ІР-дестелерін маршрутизациялау желілеріне 10/100Вазе-Т интерфейсінің көмегімен қосылады..
18-суретте IP-телефонияның Протей-ITG шлюзінің жалпылама құрылымдық сұлбасы көрсетілген. СТОП-тан келетін дауыс сигналдарын кодтау және дестелеу цифрлық сигналдарды өңдеуге арналған арнайы Digital Signal Processors (DSP) процессорларына негізделген Протей-ITG шлюзі арқылы іске асатынын айта кету керек. Қалған функциялар әмбебап процессорды пайдаланатын бағдарламалық қамсыздандыру арқылы орындалады.
18 Сурет - Протей-ITG шлюзінің құрылымдық сұлбасы
Телефондық сигнализацияны өңдеу модулі DSS1 и ОКС7 жүйелерінің сигналдарын жүйе ішілік примитивтерге түрлендіре отырып, телефондық жабдықпен өзара байланысады. Примитивтер процессордың шақыруға қызмет көрсету (қосылу, ажырау т.с.с.)жағдайын көрсетеді және шлюздің СТОП пен IP-желі арасына байланыс орнату қызметі логикасының модулі ретінде қолданылады.
Н.323 сигнализациясының модулі Н.225.0 (Q.931) және Н.245 хаттамаларының сигналдық ақпараттарын өңдейді. Процессордың IP-желісіндегі шақыруға қызмет көрсету (қосылу, ажырау т.с.с.)жағдайы туралы мәлімет шлюздің қызметі логикасының модуліне беріледі.
Шлюздің қызметі логикасының модулі СТОП-тан IP-желіге келген шақыруларды маршрутизациялауға жауап береді. Қосылуды бақылау және шақырылатын абоненттің нөмірін анықтау сияқты қызметтер жүргізіледі. IP-телефония желісінде қақпақша (привратник) болған жағдайда көптеген функциялар соған аударылады.
Дауысты дестелеу модулі СТОП-тан тұрақты жылдамдықта келіп түскен дауыстық сигналдарды ары қарай ІР-дестелерді маршрутизациялау желілерімен жіберуге дайындау қызметін атқарады. Модульдің негізгі қызметтері: дауыстық сигналдарды импульсты-кодтық модуляция әдісімен түрлендіру, эхокомпенсация, дауыстық сигналды кодтау, сөйлеудегі активті периодтар мен паузаларды табу және қайта шығаруды бейімдеу (адаптация воспроизведения). Одан басқа, модуль DTMF сигналдарын генерациялауға және детектирлеуге жауап береді, факсимильдік және модемдік сигналдарды өңдеуге жауап береді. Дауысты дестелеу модулінің құрылымы 19-суретте көрсетілген.
Сөйлеудегі активті периодтарды табу механизмі СТОП-тан алынған сигналдарды дауыстық ақпараттың бар-жоқтығына тексереді. Егер белгілі бір уақыт ішінде дауыстық ақпарат табылмаса, дауыстық дестелерді ІР-желіге жіберу тоқтатылады.
19 Сурет - Дауысты дестелеу модулі
ІР-телефонияның барлық интеллектісі қақпақшада шоғырланған. Ол құрамына терминалдар, шлюздер және осы қақпақшада тіркелген конференцияларды басқару құрылғысы кіретін IP-телефония аймағын басқару қызметін атқарады.
Басқарылатын аймақтың жақсы жұмысын қамтамасыз ету үшін қақпақшаның маңызды қызметтерінің қатарына мыналар кіреді:
- ақырғы және басқа құрылғылардың тіркелуі;
- пайдаланушылардың RAS (ITU Н.225.0 рекомендациясы) сигнализациясының көмегімен IP-телефония қызметтеріне кіріп қосылуын бақылау;
- шақырылған пайдаланушының a/уas адресін ІР дестелерді маршрутизациялау (IP адрес – TCP порты номірі) желісінің транспорттық адресіне түрлендіру (абоненттің жарияланған есімін, телефондық номерді, электрондық пошта адресін және т.б.);
- желінің өткізу жолағын резервтеу,басқару және бақылау;
- терминалдар арасында Н.225.0 және Н.245 сигналдық хабарларын ретрансляциялау.
Соңғы жағдайда қақпақша ақырғы пайдаланушылардың күй-жағдайын кез келген уақытта біле алады және байланыстарды қайта қосу, переадресация, күтуге қою (ожидание), шақыруды ұстап қалу, т.с.с. сияқты қосымша қызметтер ұсына алады.
Протей платформалы ІР-телефония жабдықтарын қолдану арқылы байланыс орнатудың екі нұсқасы бар. Бірінші нұсқада ІР-телефонияның Протей-ITG шлюзі мен Протей-GK қақпақшасы ІР-телефонияның бұрынғы желісіне қосылады.
45. TCP/IP стегі адрестерінің типтері
TCP/IP стегінде адрестердің үш типі қолданылады:
-ішкі желі аумағындағы түйіндерді адрестеуде қолданылатын жергілікті, немесе аппараттық адрестер;
-барлық құрама желі аумағында түйіндердің бір мәнді идентификациясы үшін қолданылатын желілік, немесе IP-адрестер;
-домендік атаулар – пайдаланушылар жиі хабарласатын түйіннің символдық идентификаторлар.
Жалпы жағдайда желілік интерфейстің бір мезгілде бір немесе бірнеше жергілікті адресі немесе бір немесе бірнеше желілік адресі, сондай-ақ бір немесе бірнеше домендік атаулары болуы мүмкін.
Сонымен, аппараттық (жергілікті) адрес түйінді ішкі желі аумағында анықтап береді. Егер ішкі желі мына: LAN – Ethernet, FDDI, Token Ring базалық технологиялардың бірін пайдаланса, – онда деректерді осындай ішкі желінің кез келген түйініне жеткізу үшін MAC-адресті көрсету жеткілікті. Осылайша, бұл жағдайда MAC-адрес ақпараттық адрес болып табылады.
TCP/IP технологиясының құраушы желісіне күрделі технологиялар негізінде, мысалы, IPX/SPX сияқты күрделі технологиялар негізінде құрылған ішкі желілер кіреді. Бұл желінің өзі ішкі желілерге бөлінеді және ІР-желісі сияқты өзінің түйіндерін аппараттық және желілік IPX-адрестермен анықтайды. Бірақ,IPX/SPX құраушы желісі TCP/IP құраушы желісі үшін қарапайым ішкі желі болғандықтан осы ішкі желі түйіндерінің аппараттық адресі ретінде дәл осы ішкі желінің түйіндерін анықтайтын адрестер алынады, ал бұл адрестер – IPX-адрестер. Осыған орай, егер құрашы желіге Х.25 желісі қосылған болса, онда сәйкесінше ІР хаттамасы үшін жергілікті адрестер Х.25 адрестер болып табылады.
IP-адрестер негізгі адрестер болып саналады. Осы адрестердің негізінде желілік деңгей желілер арасында дестелер жібереді. Бұл адрестер 4 байттан тұрады, мысалы 109.26.17.100. IP-адресті компьютерді немесе маршрутизаторларды конфигурациялап жатқан кезде администратор енгізеді. IP-адрес екі бөлімнен тұрады: желі нөмірлері және түйін нөмілері. Желі нөмірін администратор өзі таңдайды немесе желі интернеттің құраушы бөлігі сияқты жұмыс жасау керек болса, интернеттің (Internet Network Information Center, InterNIС) бір бөлімшесінің ұсынысы бойынша таңдалады. Әдетте интернет қызметшілері InterNICбөлімшелерден адрестер диапазонын алады да, оны өз абоненттері арасында бөліп алады. ІР хаттамасындағы түйіндер нөмірі түйіннің жергілікті адресіне қатыссыз тағайындалады. Маршрутизатор анықталуына қарай бірден бірнеше желіге кіреді, сондықтан маршрутизатордың әр портының меншікті IP-адресі болады.
Ақырғы түйін де бірден бірнеше ІР желіге кіре алады. Бұл жағдайда желілік байланыстар санына байланысты компьютердің бірнеше IP-адресі болуы керек. Осылайша, IP-адрес бөлек компьютерді немесе маршрутизаторды емес, түгелдей желілік байланысты білдіреді.
IP-желіде символдық атаулар домендік деп аталады және иерархиялық белгілері бойынша құралады. IP-желінің толық символдық атауларының құраушылары нүктемен ажыратылады да, мынадай ретпен саналады: бірінші жәй хосттың аты, сосын түйіндер тобының аты (мысалы, ұйымның аты), содан соң одан үлкенірек топтың аты (поддомена) және осылайша, ең жоғарғы домен атына дейін жалғаса береді (мысалы, ұйымдарды географиялық принциптеріне қарай біріктіретін домен: RU — Ресей, UK – Ұлыбритания, SU – АҚШ). Сондықтан домендік атауларды DNS-атаулар деп те атайды.
46. IP-адресті жазу түрлері
IP-адрестің ұзындығы 4 байт (32 бит) және екі логикалық бөліктен тұрады – желі нөмірі және желідегі түйін нөмірі.
IP-адрестің жазу түрінің ең көп қолданылатын түрі әр байттың мәнін ондық санау жүйесінде бейнелеп, нүкте арқылы бөлінентін төрт сан ретінде жазу түрі, мысалы:
126.10.2.30.
Бұл адрес екілік форматта:
10000000 00001010 00000010 00011110.
Сондай-ақ он алтылық форматта:
80.0A.02.1D.
Адрестің жазылуы желі нөмірі мен түйін нөмірі арасындағы арнайы шектеуші таңбаны ескермейтінін байқаймыз. Қарапайым жолы адрестің 32-биттік өрісі алдын ала екі бөлікке бөлінеді, тең болуы міндетті емес, бірақ бекітілген ұзындықта болуы керек, біреуіне үнемі желі нөмірі, екіншісіне түйін нөмірі жазылады. Түйін нөмірін сақтауға арналған өрістің бекітілген ұзындығы болғандықтан, барлық желілердің максималды саны бірдей болады. Егер, мысалы, желі нөмірі орнына бір бірінші байтты жазса, онда бүкіл адрестік кеңістік үлкен өлшемді (224 узлов) желі сандарына бөлініп кетеді. Егер шекараны оңға жылжыта берсе, желілер саны артады, бірақ олар бәрібір бірдей өлшемде болады. Мұндай қатаң қадам жеке ұйымдар мен кәсіпорындардың қажеттіліктерін өтеуге мүмкіндік бермейді. Сондықтан адрес құрудың дәл осы тәсілі ғана қолданыс таппады.
Екінші, маска қолдануға негізделгендіктен ғана желі нөмірі мен түйін нөмірі арасындағы шекараны ыңғайлы етіп қоюға жол берді. Бұл жағдайда маска – IP-адреспен бірге жұптап қолданатын сан; масканың екілік форматтағы жазылуы IP-адресте желі нөмірі ретінде түсіндірілетін разрядтағы бірліктер тізбегінен тұрады. Желі нөмірі адрестің тұтас бөлігі болғандықтан, маскадағы бірліктер үздіксіз тізбек болуы қажет. Маскадағы бірліктер тізбегі мен нөлдіктер тізбегі арасындағы шекара IP-адрестегі желі нөмірі мен түйін нөмірі арасындағы шекараға сәйкес келеді. Мұндай жағдайда адрестік кеңістік әртүрлі өлшемдегі желілер жиынтығы болып табылады.
Желілердің бірнеше класы бар және олардың әрқайсысының өлшемі анықталған.
47-48. IP-адрестерінің кластары
IP-адресін желі нөмірі мен түйін нөміріне бөлу дәстүрлі әдісі адрестің алғашқы бірнеше биттері мәнімен анықталатын класс түсінігіне негізделген. Міне, адрестің бірінші байты 185.23.44.206 128-191диапазонына жататындықтан, бұл адрес В класына тиісті деп айта аламыз, яғни желі нөмірі екі нөлдік байтпен толтырылған IP-адрестің алғашқы екі байты болып табылады – 185.23,0.0, ал түйін нөмірі әуелі екі нөлдік байтпен толтырылған екі кіші байт – 0.0.44.206 болып табылады.
IP-адрестің қай класқа жататындығы адрестің алғашқы биттерінің мәнімен анықталады. 20-суретте әртүрлі кластардың IP-адрестердің құрылымы көрсетілген.
20 Сурет - IP-адрестер құрылымы
Егер адрес 0-ден басталса, онда бұл адрес желі нөміріне бір байт қосылып, қалған үш байт желі түйіні нөмірі ретінде түсіндірілетін А класына жатады. 1 (00000001) -мен 126 (01111110) диапазонында жататын нөмірлі желілер А класының желілері деп аталады. (0 нөмірі қолданылмайды, ал 127 нөмірі төменде баяндалатын арнайы мақсаттарға арналған.) А клас ына жататын желілер аз, бірақ олардың түйіндерінің саны 224-не жетеді, яғни 16777216 түйін.
Егер алғашқы екі байты 10 тең болса, онда адрес В класына тиесілі. В класының адрестерінде желі нөмірі мен түйін нөміріне екі байттан енгізіледі. Нөмірі128.0 (1000000000000000) бен 191.255 (1011111111111111) диапазонындағы желілер, В класының желілері деп аталады. Осылайша, В класының желілері Акласының желілерінен көп болып шығады, бірақ өлшемдері кіші, түйіндер санының максимумы 216 (65536).
Егер адрес 110 биттерінің тізбегінен басталса, онда бұл С класының адрестері. Бұл жағдайда желі нөміріне 24 бит енгізіледі, ал түйін нөміріне – 8 бит. Скласының желілері көбірек таралған, бірақ түйіндері саны 28 (256)-мен шектелген.
Тағы да D және Е кластары адрестерінің желіге тікелей қатысы жоқ.
Егер адрес 1110 биттерінің тізбегінен басталса, онда бұл D класының адрестері және бұл ерекше, топтық адрес (multicast). Топтық адрес жалпы жағдайда әр желіге тиісті түйіндер тобын(желілік интерфейстер) анықтайды. Топқа кіретін интерфейс әдеттегі жеке IP-адреспен қатар тағы бір топтық адрес алады. Егер дестені жіберу кезінде тағайындалған адрес ретінде D класының адресі көрсетілсе, онда бұл десте осы топқа кіретін барлық түйіндерге жекізілу керек.
Егер адрес 11110 биттерінің тізбегінен басталса, онда бұл Е класының адрестері. Бұл кластың адрестері алдағы жұмыстар үшін резервтелген.
1-кестеде желі нөмірлерінің диапазондары және әр желі класына сәйкес келетін максимал түйіндер саны келтірілген.
1 Кесте - Әртүрлі кластар адрестерінің сипаттамалары
|
Класс |
Алғашқыбиттер |
Желінің ең кіші нөмірі |
Желінің ең үлкен нөмірі |
Желідегі максимал түйіндер саны |
|
А |
0 |
1.0.0.0 |
126.0.0.0 |
224 |
|
В |
10 |
128.0.0.0 |
191.255.0.0 |
216 |
|
С |
110 |
192.0.1.0 |
223.255.255.0 |
28 |
|
D |
1110 |
224.0.0.0 |
239.255.255.255 |
Multicast |
|
Е |
11110 |
240.0.0.0 |
247.255.255.255 |
резервтелген |
Үлкен желілер A класының адрестерін алады, орташалары – B класын, ал кішіректері – С класын:
-егер IP-адресінің барлық екілік разрядтары 1-ге тең болса, онда мұндай адресті десте осы желідегі барлық түйіндерге таратылуы тиіс. Мұндай таратылма шектеулі кеңтаралушы хабарлар(limited broadcast) деп аталады (ограниченным широковещательным сообщением). Бұл жағдайдағы шектеулік десте ешқандай жағдайда маршрутизатор шегінен аспайтындығын білдіреді:
- Егер тағайындалған түйін нөмірі, өрісі тек бірліктерден құралса, онда мұндай адресі бар десте желі нөмірі берілген барлық желілерге таратылады. Мысалы, 192.190.21.255 нөмірлі адресті десте 192.190.21 желісінің барлық түйіндеріне жеткізіледі. Мұндай таратылма шектеулі кеңтаралушы хабарлар(limited broadcast) деп аталады (ограниченным широковещательным сообщением).
Нөлдіктердің тізбегінен тұратын арнайы адрестер тек жіберушінің адресі ретінде ғана қолданылады, ал бірліктердің тізбегінен тұратын адрестер тек алушының адресі ретінде ғана қолданылады.
43. IP-желілеріндегі маршрутизация кестелері
Дәрістің мақсаты: IP-желілеріндегі маршрутизациямен таныстыру
IP хаттамасының модульдері желінің барлық ақырғы құрылғылары мен маршрутизаторларында қолданылады. Дестелерді жылжыту үшін олар маршрутизация кестесін пайдаланады.
Әртүрлі маршрутизаторлар кестелерінің мысалдары
TCP/IP стегі құрылымы жоғарыда қарастырылған құру принциптеріне сәйкес келеді. Бірақ, IP-маршрутизациясы кестесінің түрі TCP/IP стегінің нақты жүзеге асуына байланысты. M1 маршрутизаторы 21-суретте келтірілген желіде жұмыс жасай алатын маршрутизация кестесінің үш түрін мысалға келтіреміз.
21 Сурет - Маршрутизацияланатын желінің мысалы
10.1.1 Маршрутизация кестесі өрістерінің қызметі
Сыртқы айырмашылықтарына қарамастан, барлық үш кестеде маршрутизация концепцияларын қарастырған кезде талданған және маршрутизатор жұмысына қажетті барлық кілттік параметрлер бар.
Мұндай параметрлерге, біріншіден, тағайындалған желі адрестері жатады (NetBuilder маршрутизаторларындағы «Destination» бағандары және MPRмаршру тизаторларындағы «Network Address» немесе UNIX). Кейбір жағдайларда, мысалы желі түйіндерінің бірінің маршруты осы желінің басқа түйіндерінің маршрутынан басқа болса, онда бұл бағанда нақты тағайындалған түйіннің адресі көрсетілетінін байқаймыз.
Маршрутизация кестесінің екінші міндетті өрісі келесі маршрутизатор адресі болып табылады (NetBuilder маршрутизаторларындағы «Gateway»бағандары NetBuilder және MPR маршру тизаторларындағы «Gateway Address» немесе UNIX).
Үшінші кілттік параметр – десте бағытталатын порт, кейбір кестелерде тікелей (Windows NT кестесінде «Interface» өрісінде), ал кейбірінде —жанамалы түрде көрсетіледі. UNIX-маршрутизаторының кестесінде 198.21.17.5 адресті порты үшін порт адресі орнына оның шартты атауы – lе0 беріледі, ал213.34.12.3 адресті порты үшін — le1 және 127.0.0.1 адресті порты үшін — lo0 атауы беріледі.
NetBuilder маршрутизаторында шығыс портын білдіретін II өріс тіпті жоқ. Бұл шығыс портының адресін келесі маршрутизатордың адресіне жанама түрде анықтауға болатындығын білдіреді.
Кестеде маска өрісінің болуы немес болмауы бұл маршрутизатор қаншалықты қазіргі заманға сай екендігін білдіреді. MPR Windows NT (поле «Netmask»)және NetBuilder (поле «Mask») мар шрутизаторлары кестесінде жасалғандай, маска өрісін кестенің әр жазбасында қолдану стандарты шешім болып табылады. Маршрутизаторлармен шешім қабылдағанда маскаларды өңдеуді төменде қарастырамыз. Маска өрісінің болмауы маршрутизатор үш стандарты адрестер класымен ғана жұмыс істеуге арналғандығын немесе ол барлық жазбалар үшін сол бір ғана масканы қолданатындығын білдіреді. Бұл маршрутизацияның ыңғайлылығын төмендетеді.
10.1.2 Маскаларды қолданбай маршрутизациялау
IP-желісі мысалында желілік деңгейдің құралдарының құраушы желімен кестелерді жылжыту жұмысының алгоритмін қарастырамыз (22-сурет). Мысалда қарастырылатын желінің барлық түйіндерінің адрестері кластарға негізделген, маскалар қолданбайды деп есептейміз. ІР хаттамасы мен ARP және DNS адреске рұқсат беру хаттамаларымен байланысуына ерекше назар аударылған.
22 Сурет - Компьютерлердің желі арқылы өзара байланысу мысалы
1. Сонымен, Ethernet желісінде отырған және 194.87.23.17 IP-адресі (С класының адресі) бар cit.dol.ru компьютерінің пайдаланушысы FTP хаттамасы бойынша басқа Ethernet желісінде отырған және 142.06.13.14 IP-адресі (В класының адресі) бар s1.msk.su компьютеріне хабарласады:
> ftp s1.msk.su.
2. FTP модулі өзінің хабарын өзінің сегментін ІР хаттамасының дестесіне қоятын TCP транспорттық хаттамасының сегментіне айналдырады. ІР-дестеніңтақырыбында тағайындалған түйіннің IP-адресі көрсетілуі тиіс. cit.dol.ru компьютерінің пайдаланушысы s1.msk.su компьюте рінің символдық атауын көрсеткендіктен TCP/IP стегі де тағайындалған түйіннің IP-адресін өздігінен анықтау керек.
3. FTP модулі өзінің хабарын транспорттық TСP хаттамасының сегментіне айналдырады (буады). Ал TСP хаттамасы өз кезегінде өзінің сегментін ІР хаттамасының дестелеріне орнатады. ІР дестесінің тақырыбында тағайындалған түйіннің ІР адресі көрсетілуі тиіс. cit.dol.ru компьтерінің қолданушысы s1.msk.su компьтерінің символды атын көрсетеді, онда TCP/IP стегі тағайындалған түйіннің ІР адресін өз бетінше анықтауы керек.
4. cit.dol.ru компьтері hosts файлына ие деп есептейік, онда мынадай қатар бар:
142.06.13.14 s1.msk.su.
5. Осылайша, атқа рұқсат ету жергілікті түрде орындалады, және ІР хаттамасы s1.msk.su компьютерлерімен өзара әсерлесу үшін тағайындалған адреспен142,06,13.14 ІР дестелерді жасай алады.
6. cit.dol.ru компьтерінің ІР модулі дестелерді 142.06.13.14 адресімен маршруттау керектігін тексереді. Тағайындалған желі адресі (142.06.0.0) компьтер-жіберушіге тиісті желі адресімен (194.87.23.0) сәйкес келмесе, онда маршруттау қажетті.
7. cit.dol.ru компьютері ІР адресі 194.87.23.1 белгілі маршрутизаторға дестені үнсіз жіберу үшін Ethernet кадрын жасауға кіріседі, бірақ кадрдың жергілікті желі бойынша жылжуына керекті МАС адрес белгісіз. Маршрутизатордың МАС адресін анықтау үшін ARP-кестесін қарастыратын ARP хаттамасына жүгінеді. Егер cit.dol.ru компьютері қандай да бір желі аралық алмасулар орындап жатса, онда маршрутизатордың ІР және МАС адрестері арасындағы сәйкестілікті ұстаушы барлық ізделіп отырған жазулар, ARP хаттамасының кэш-кестесінен үнсіздік бойынша табылады. Берілген жағдайда керекті жазу кэш-кестеден табылған болсын:
194.87.23.1 008048ЕВ7Е60.
8. Табылған МАС адресті 008048ЕВ7Е60 маршрутизатор нөміріне сәйкес белгілейік және оның порттарын MAC11 арқылы.
9. Нәтижесінде cit.dol.ru компьютері Ethernet кадрына буылған дестені локальды желі арқылы жібереді.
10. Кадр 1 маршрутизатордың 1 порты арқылы Ethernet хаттамасына сәйкес қабылданады, себебі бұл порттың МАС түйіні өзінің МАС11 адресін таниды. Ethernet хаттамасы бұл кадрдан ІР дестені шығарып алады және ІР хаттаманы жүзеге асыратын маршрутизатордың бағдарламалық қамтамасыз етуіне жібереді. ІР хаттамасы дестеден тағайындалған адресті 142.06.13.14 шығарып алады және өзінің маршрутизация кестесінен жазылуын қарайды. 1 маршрутизатор өз маршрутизация кестесінде келесі жазуларға ие:
142.06.0.0 135.12.0.11 2.
11. Бұл жазу 142.06.0.0 желісінің дестелерін 135.12.0.11 желісінде орналасқан, 1 маршрутизатордың 2 портына қосылған маршрутизаторға беру керектігін білдіреді.
12. 1 маршрутизатор 2 портының параметрлерін қарайды және оған FDDI желісі қосылғанын табады. FDDI желісі Ethernet желісіне қарағанда MTU мәніне көбірек ие, онда ІР дестесінің фрагментациясы талап етілмейді.
Сондықтан 1 маршрутизтор FDDI форматының кадрын жасайды. Осы сатыда ІР модулі келесі маршрутизтордың МАС адресін белгілі ІР адресі135.12.0.11 бойынша анықтайды. Бұл үшін ол ARP хаттамасына жүгінеді. Кэш кестесінде керекті жазу табылмаса, онда FDDI желісіне құрамында келесі мәліметтері бар кеңінен хабарлаушы ARP сұрауы жіберіледі:
- 2 маршрутизатордың 1 порты өзінің ІР адресін таниды және ARP-жауабын сұраған түйіннің адресіне жібереді;
- енді 1 маршрутизатор келесі маршрутизатордың МАС адресін 00E0F77F51A0 біле отырып, FDDI кадрын 2 маршрутизатор бағыты бойынша жібереді. Ол FDDI кадрын алып, кадрдың тақырыбын алып тастайды, ал ІР тақырыбынан тағайындалған ІР адресін шығарады және өзінің маршрутизация кестесін қарайды. Кестеден тағайындалған нақты желінің жазуын табуы мүмкін:
142.06.0.0 203.21.4.12 216.
14. Мұндай жазу болмағанда маршрутизатор туралы жазу үнсіз келісім бойынша қолданылады:
default 203.21.4.12 2.
15. Келесі маршрутизатордың ІР адресін 203.21.4.12 анықтаған ІР модулі, Ethernet желісімен 3 маршрутизаторға дестені беру үшін Ethernet кадрын жасайды. Ол АКР хаттамасының көмегімен осы маршрутизатордың МАС адресін табады және оны кадр тақырыбына енгізеді. Тағайындалған түйіннің ІР адресі өзгеріссіз қалады.
16. Тағайындалған желінің маршрутизаторына (3 маршрутизатор) десте келіп түскен соң, бұл дестені тағайындалған компьютерге жіберу мүмкіндігі туады. 3 маршрутизатор өзінің бірінші портына тікелей қосылған желіге 142.06.0.0 беру керектігін анықтайды. Сондықтан ол Ethernet желісі бойынша s1.msk.su компьютерінің ІР адресімен ARP сұрауын жібереді. ARP жауабында ақырғы түйіннің МАС адресі болады. Ол адресті ІР модулі Ethernet кадрын жасау үшін арналық хаттамаға береді.
17. s1.msk.su компьютерінің желілік адаптері Ethernet кадрын ұстап, тақырыпта болатын МАС адреспен өзінің адресін салыстырады және оны ІР модуліне жібереді. ІР тақырыбы өрісін талдаған соң дестеден деректерді шығарып алады, бұл деректерде жоғары тұрған хаттаманың хабарлары болады. Берілген мысалда транспортты ТСР хаттамасы ретінде қолданылатын FTP хаттамасы бойынша деректер алмасуын қарастырғандықтан, ІР дестенің деректер өрісінде ТСР сегмент орналасады. ТСР тақырыптан порт нөмірін анықтаған ІР модулі сегментті сәйкес кезекке бағыттайды. Берілген сегмент бұл кезектен FTP-серверінің бағдарламалық модуліне түседі.
44. Маршрутизация хаттамалары және маршрутизаторлар
Дәрістің мақсаты : маршрутизация хаттамаларын қарастыру
Маршрутизация хаттамалары желілік деңгей дестелерінің жылжуы өтетін маршрутизация кестесін автоматты түрде құруға арналған. IP және IPX сияқты маршрутизация хаттамаларының желілік хаттамалардан айырмашылығы міндетті болып табылмайды, себебі маршрутизация кестесі желі администраторы арқылы қолмен құрылуы мүмкін. Алайда күрделі топологиялы және көптеген балама маршруттары бар ірі желілерде маршрутизация хаттамалары өте маңызды және пайдалы жұмысты орындайды, яғни маршрутизация кестесінің құрылуын автоматтау, жұмысшы маршруттардың ағымдағы жинағын желі жағдайына динамикалық түрде өзгерте отырып және оның жұмыс өнімділігін арттырады.
11.1 Маршрутизация хаттамаларының жіктелуі
Маршрутизация хаттамаларының арналуы
Құрылымдық желілердегі дестелердің жылжуы маршрутизация кестелері негізінде жүзеге асырылады. Маршрутизация кестелеріндегі ортақ нәрсе болып, маршрутизаторға түсетін кез келген дестенің жылжуы үшін шешім қабылдауы туралы жеткілікті мәлімет сақталады. Ереже бойынша, мұндай кестенің әрбір жазуы белгіленген желі адресімен адресті немесе осы адреспен десте берілетін шығыс интерфейстің нөмірімен байланыстырады. Әрбір желі маршрутизаторы дестенің желімен жылжуы кезіндегі көп қадамды процесінің бір қадамын анықтайтын өзінің меншікті маршрутизация кестесін иеленеді.
Әрбір маршрутизатордағы дестенің желі көзінен белгіленген желіге жылжуы туралы тапсырмасы екі тапсырмаға бөлінеді:
- дестені маршрутизация кестесі көмегімен өңдеу;
- маршрутизация кестесін құру.
Маршрутизация хаттамаларының мақсаты екінші тапсырманы автоматты түрде шешуден тұрады. Бұл үшін желі маршрутизаторлары құрылымдық желінің топологиясы туралы арнайы қызметтік информациямен алмасады. Олардың негізінде әрбір маршрутизатор белгіленген тораптарға бағытталған маршруттарды таңдайды. Құрастырылатын маршрутизация кестелері желі арқылы дестелердің тиімді тізбектелуін қамтамасыз етеді, бұл кезде маршруттарды таңдау критерилері әртүрлі болуы мүмкін. Әдетте «ең қысқа» жол таңдалынады, ондағы қашықтық деп аралық маршрутизаторлардың саны немесе маршрутизаторлар арасындағы арнаның номиналды өткізу қабілетін көрсететін комплексті көрсеткіш, арналар сенімділігі немесе олармен енгізілетін кідірістер. Маршрутизация хаттамалары маршрутизаторларда бір-бірімен келістірілген маршрутизация кестелерін жасауы керек, яғни шығушы желіден белгіленген желіге деректердің соңғы қадамдар санымен жеткізілуін қамтамасыз ету. Қазіргі кездегі маршрутизация хаттамалары кестелердің келістірілуін қамтамасыз етеді, алайда, олардың бұл қасиеттері желінің өзгеруінде абсолютті емес, мысалы арналардың немесе маршрутизаторлардың бас тартуы кезінде әртүрлі маршрутизаторлардың уақыттық келістірілмеген кестелері әсерінен желінің тұрақсыз жұмыс істеу периоды болады. Маршрутизация протоколына біраз уақыт кажет, себебі қызметтік мәліметпен алмасудың бірнеше итерациясынан кейін желінің барлық маршрутизаторлары өздерінің таблицаларына өзгерістер негізеді және нәтижесінде кестелер қайта келістіріледі.
Кестесіз маршрутизациялау
Маршрутизация хаттамаларына өтуден бұрын, құрама желілердегі дестелердің жылжу туралы келесі әдістерді айту қажет, олар маршрутизаторлардағы кесте маршрутизациясын және маршрутизация хаттамаларын мүлде талап етпейді.
Желі бойынша деректерді беру әдісінің ең қарапайым әдісі көшкінді маршрутизация деп аталады. Ондағы әрбір маршрутизатор өзінің тікелей көршілеріне дестелерді береді, тек өзі десте қабылдаған көршісіне бермейді. Бұл ең орында әдіс болып табылмайды, себебі желінің өткізу жолағы аса ысырап, бірақ ол жұмысқа қабілетті (осылайша локалды желілердің көпірлері мен коммутаторлары белгісіз адрестерге ие кадрларымен келіп түседі).
Кестесіз маршрутизациялаудың басқа бір нұсқасы – бұл оқиғалармен басқарылатын маршрутизация (Event Dependent Routing), ондағы десте белгілі тағайындалған желіге бұрынырақ табысқа әкелген маршрут (берілген тағайындалған адрес үшін) бойынша беріледі. Бұл жетерліктей тиімді маршрутизация әдісі, бірақ ол кері байланысты керек етеді, себебі жіберуші-маршрутизатор дестенің табыспен жеткізілу фактісін бекітуі керек. Оқиғалармен басқарылатын маршрутизация, маршрутизация кестесімен сыйысуы мүмкін. Мұндай кестеде әрбір тағайындалған желі үшін бірнеше мүмкін болатын көршілер көрсетіледі, оларға байланысты ұйымдастыруға мақсатты түрде сұрау жіберу. Бұған ұқсас жағдайлар телефондық желілерді қолданылады, оларда байланысты орнатуға керекті мүмкін болатын «бағыттарда» сұрау жіберу көрсетіледі. Алғашқыда бұл сұраулар көрсетілген бағыттардың біріншісімен беріледі, оның коммутациялық сыйымдылығы таусылған соң келесіге беріледі және тағы да сол сияқты.
Маршрутизация тағы бір түрі болып, маршрутизация кестесінің болуын керек етпейтін көзден шығу маршрутизация табылады (Source Routing). Бұл жағдайда жіберуші дестеге мәлімет енгізеді. Бұл мәлімет дестенің тағайындалған желіге берілуіне қандай аралық маршрутизаторлар қатысуы керек екендігін білдіреді. Осы мәлімет негізінде әрбір маршрутизатор келесі маршрутизатордың адресін салыстырып оқиды, егер ол оның тікелей көршісінің адресі болып табылса, дестені ары қарай өңдеу үшін оған береді. Желі арқылы десте сапарының дәл маршрутын жіберуші қалай анықтайды деген сұрақ ашық түрде қалады.
Маршрутты администратор қолмен немесе жіберуші торап автоматты түрде салуы мүмкін, бірақ бұл жағдайда оған торапқа желінің топологиясы және жағдайы туралы жеткізетін осы немесе басқа хаттаманы сүйемелдеу керек.
Адаптивтік маршрутизация
Маршрутизациялар таблицалар негізінде жасалған жағдайларды, статикалық және адаптивтік маршрутизация деп айырады. Біріншіжағдайда желі администраторы арқылы қолмен кестелер құрылып және әр маршрутизатордың жадына енгізіледі, кестелердегі барлық жазулар олардың өмірінің шексіздігін білдіретін «статикалық» (static) статусқа ие. Қандай да бір элементтің жағдайын өзгерту кезінде желі администраторына маршрутизаторлардағы маршрутизация кестесіне міндетті түрде өзгерістер енгізуі керек. Мұндағы маршрутизаторлар үшін мұндай өзгертулер дестелер тізбегінің маршрутын өзгертуді талап етеді, бұлай етпесе желі қатемен жұмыс істейді және дестелер белгіленген желіге дейін жетуді тоқтатады немесе маршрут орынды болмайды. Осылайша, статикалық маршрутизация кезінде маршрутизация хаттамалары талап етілмеген болып табылады, себебі олардың барлық жұмыстарын бір немесе бірнеше администратор орындайды.
Адаптивті маршрутизация желі құрылымы өзгергеннен кейін маршрутизация кестесін автоматты түрде жаңалауды қамтамасыз етеді. Кестелердің бейімделуі үшін маршрутизация хаттамалары керек. Бұл хаттамалар желідегі байланыс топологиясы туралы мәліметтерді барлық маршрутизаторларға жинауға мүмкіндік беретін әрі байланыс құрылымындағы өзгерістерді оперативті түрде өтейтін алгоритмдер негізінде жұмыс істейді. Адаптивті маршрутизация кезіндегі маршрутизация кестесінде әдетте берілген маршрут әрекеттегі болып қалатын уақыт интервалы туралы маршрутизация нақты болып қала береді. Бұл уақытты маршруттың өмір уақыты (Time То Live, TTL) деп атайды. Егер маршруттың өмір сүру уақыты маршрутизация протоколдарымен расталмаса, онда ол жұмыс істемейтін болып саналады және онымен дестелер жіберілмейді.
Маршрутизация хаттамалары таратылған және орталықтандырылған болуы мүмкін. Таратылған жағдайда желіде топологиялық мәліметті жинайтын және талдап қорытатын қандай да бір бөлінген маршрутизаторлар болмайды: бұл жұмыс желідегі барлық маршрутизаторлар арасында таратылады. Әрбір маршрутизатор желінің қалған маршрутизаторларынан маршрутизация хаттамасы бойынша алынған деректер негізінде өзінің жеке маршрутизация кестесін құрады.
Орталықтанған жағдайда желіде бір маршрутизатор болады, ол басқа маршрутизаторлардан желінің жағдайы мен топологиясы туралы барлық мәліметтерді жинайды. Сонан соң бұл бөлінген маршрутизатор (кейде оны маршрут сервері деп атайды) жүргізудің бірнеше нұсқасын таңдайды. Ол желінің барлық маршрутизаторлары үшін маршрутизация кестесін құрады, кейін оларды желі бойынша таратады, себебі әрбір маршрутизатор келешекте әрбір дестенің жылжуы туралы шешімді өздігінше қабылдайды. Орталық маршрутизатор белгіленген маршруттар туралы тек ақырғы тораптарға (немесе шекаралық маршрутизаторларға) хабарлауы мүмкін, себебі олар желіге көзден маршрутизация техникасына сәйкес дестелерді беру үшін. Желіде бір емес, бірнеше маршрутизаторлар болуы мүмкін, олардың әрқайсысы өздеріне тәуелді белгіленген маршрутизаторлар тобына қызмет көрсетеді.
Қазіргі уақытта есептеу желілерінде қолданылатын маршрутты мәліметпен алмасатын адаптивті хаттамалар, өз кезектерінде екі топқа бөлінеді, олардың әрқайсысы келесідегі алгоритмдердің бірімен байланысқан:
- қашықтықты-векторлық алгоритмдер (Distance Vector Algorithms, DVA);
байланыс жағдайының алгоритмдері (Link State Algorithms, LSA).
№ 12 дәріс. Бейнебайланыс
Дәрістің мақсаты: бейнебайланыстың дамуы туралы сұрақтарды қарастыру
Интернет және ISDN арналары бойынша бейнеконференциялар
Халықаралық байланыстардың дамуы және «алыстатылған» отандық серіктермен жобаны жасау әсіресе қысқа сапарлар (1-7 күн) кезіндегі жағдайларда сапарлық шығындарды үнемдеу мәселесін өзекті етеді. Мәселені шешудің құралдарының бірі болып бейнеконференцияны қолдану болып табылады. Интернет арнасы бойынша бейнеконференция қашықтықтан оқыту және медициналық диагностикалар үшін тартымды болуы мүмкін. Телевизиялық бағдарламаларға қарағанда интернетті қолданып оқыту оқытушы мен үйренуші арасындағы диалогқа әкеледі, бұл процесті тиімдірек етеді (бұл техника АҚШ пен Еуропа университеттерінде кеңінен қолданылатын WWW әдісін табысты түрде толықтыруы мүмкін). Медициналық қосымшалар одан да пайдалырақ. Бейнеконференциялар мыңдаған километрдегі клиникада кеңесуге, әртүрлі қалалар арасындағы дәрігерлердің қатысуымен консилиум құруға, түсіндіру мақсатымен пациенттің томограммасын немесе көпарналы кардиограммасын беруге және тағы басқаларға мүмкіндік береді. Алыстағы болашақта бейнеконференция технологиясы телевидения мақсаты үшін қолданылуы мүмкін.
Бейнеконференцияны өткізу үшін өткізу қабілеті 56-128 кбит/с цифрлық арнаны иелену қажетті. Егер арна бұған мүмкіндік бермесе аудиоконференциямен шектелуге болады. Жұмысшы станцияның стандартты құрылғыларынан басқа бейнекамера мен микрофонды қосу үшін интерфейс керек етіледі. Әдетте бұл интерфейс аудио және видео деректерді сығудың аппаратты сұлбасымен жабдықталады. Пайдалы толықтыруды сканер атқаруы мүмкін, ол сызу мен құжаттардың бейнесін жоғары рұқсатпен беруге мүмкіндік береді, сонымен қатар бейнемагнитофон, әрі қабылданған бейнені экранда немесе үлкен экранды теледидарда көрсету үшін бейнепроектор.
Бейнеконференция серіктердің «тірі» қатынасын ғана емес, сонымен қатар құжаттар мен сызуларды редакциялау және шапшаң талдауды қамтамасыз етеді. Мұндайда рұқсат ету қабілеті факстерге қарағанда 10-100 есе асып түседі.
Бейнеконференцияны әртүрлі жолдармен ұйымдастыруға болады, олардың екеуі ең тиімді:
а) ISDN құрылғыларын, арнасын және бағдарламалық қамтамасыз ету; мұнда өткізу жолағы мен сапасына кепілдік беріледі, бірақ бағасы айтарлықтай жоғары;
б) интернет арналарын қолдану, сәйкес (әдетте қол жетерлік) бағдарламалық қамтамасыз ету мен жалпы қолданыс құрылғыларын; бұл нұсқа салыстырмалы түрде арзанырақ, бірақ мұнда сапа қамтамасыз етілмейді, себебі сеансты өткізу кезінде мәлімет ағыны интернеттегі басқа процестердегі ағындармен бәсекелеседі.
Бейнеконференцияда бөлінген және телефондық жалғаушы линиялар үшін (>56 Кбит/с, интерфейс V35) codec (coder/decoder) технологиясы қолданылады, дестелер коммутациясы (multicast backbone, >256 Кбит/с) режимі де қолданылады. Жергілікті желілерде базалық хаттама болып Н.323 табылады. Бұл стандарт нүкте-нүкте жалғауы үшін және TCP/IP хаттамалар стегі маңайындағы көпнүктелі топология үшін бейнеконференцияны қамтамасыз етеді, сонымен қатар ол видео және аудио мәліметтерді сығу принциптерін регламентациялайды. Стандарттың тартымдылығы болып қызмет етіп тұрған үн қатуды кідіртудің кең вариациялары бар телекоммуникация инфрақұрылымында қолданылуға болатындығы. Бұған жергілікті (fast ethernet және gigabit ethernet) және регионалды (SDH, ATM, FDDI, Fibre Channel және т.б.) желілерде өсіп келе жатқан өткізу мүмкіндігі әсер етеді.
Н.323 коммуникациялық жүйенің төрт негізгі құраушыларын анықтайды:
- терминалдар;
- шлюздер;
- көпнүктелі басқарудың блоктары;
- қатынауды (доступ) басқару жүйесі (gatekeepers).
Терминал қолданушыларға белгілі қызметтерді көрсету үшін және нақты уақыт масштабында екіжақты деректер алмасуын қамтамасыз етеді. Н.323-тің барлық терминалдары арна параметрін таңдауға қолданатын Н.245 стандартын сүйеулері керек.
RAS (registration/admission/status) интерфейсі қатынау блогымен (gatekeeper) әсерлесу үшін қолданылады және RTP/RTCP хаттамаларын сүйемелдейді. Н.323-тің опциялық бөліктері болып бейне кодектер, мәліметтік конференцияны (T.120) өткізу үшін хаттамалары және басқа да форматтардың талаптарымен келістіру үшін, мысалы Н.225-Н.221 немесе басқа коммуникациялық процедуралар, мысалы H.245 – H.242 табылады. Типтік шлюз деп коммутациялайтын телефондық желімен GSTN қосқыш Н.323-ті айтуға болады. Берілген шлюз аналогты байланысты STN терминалымен, ISDN арналары бойынша H.320 терминалымен және GSTN желісі бойынша H.324 терминалымен орнатады. Терминалдар шлюзбен H.245 және Q.931 хаттамалары арқылы әсерлеседі. Сәйкесінше қайта кодтауды қолдана отырып H.323 шлюзінің жұмысын V.70, H.322, H.310 және H.321 хаттамаларын қолдайтын терминалдармен қамтамасыз етуге болады. Шлюздің көптеген функциялары стандартталмаған, мысалы, олардың санына қосылған терминалдардың нөмірленуі жатады.
Қатынауды басқару торабы (gatekeeper) Н.323 желісінің орталық блогы болып табылады. Ол арқылы қызмет көрсетудің барлық сұраулары өтеді, сонымен қатар ол виртуалды өшіріп-қосқыштың функциясын атқарады. Қатынауды басқару торабы терминалдар мен шлюздердің аттарын RAS спецификациясына сәйкес ІР және ІРХ адрестерге түрлендіруді іске асырады. Мысалы, егер желі администраторы конференцияға қатысушылардың санының жоғарғы шегін орнатса, осы межеден асса басқару торабы байланысты орнатудан бас тартуы мүмкін. Қатынауды басқару торабының міндетті түрдегі функцияларының қатарына жататындар:
- адрестерді түрлендіру (мысалы, Е.164 стандартынан транспортты форматқа);
- жергілікті желіге қатынауға бақылауды Admission Request, Confirm және Reject хабарларын қолдана отырып жүзеге асыру (барлық сұраулар үшін қатынауға рұқсат ету режимі болуы мүмкін);
- өткізу жолағын басқару (Bandwidth Request, Confirm и Reject);
- аймақты басқару және аймақта тіркелген МСU, шлюз және терминалдар үшін жоғарыда келтірілген барлық функцияларды орындау.
Қатысушылар саны үш немесе одан да көп болғанда конференция ұйымдастыру үшін көпнүктелі қатынау блогы (MCU) қолданылады. MCU өзіне көпнүктелі контроллерді (МС) және көпнүктелі процессорды біріктіреді (МР). МС терминалдардың жұмысшы параметрлерін H.245 хаттамасы рамкаларында аудио және видео мәліметтерді беру кезінде сыйысушылықты қамтамасыз ету үшін келістіруді жүзеге асырады. Барлық терминалдар MCU-дің нүкте-нүкте жалғануы режімінде аудио, видео және деректерді береді. H.245 басқарушы арналық мәлімет тікелей МС-ға беріледі. МР кодектің әртүрлі типтерін қолданған жағдайда қайта кодтауды жүзеге асырады. Терминалдар бір-бірімен тікелей өзара әсерлесетін кезінде конференция орталықтанған (барлық алмасулар MCU арқылы жүреді) және орталықтанбаған режімде құрылуы мүмкін. Терминалдар H.245 хаттамаларын қолданады, себебі олардың бір уақытта неше бейне және аудио ағындарды өңдей алуын МС-ға хабарлайды. МР орталықтанбаған көпнүктелі конференция кезінде аудио арналарды ығыстыруды және бейне сигналдарды таңдауды жүзеге асыруы мүмкін. Біруақытта орталықтанған және орталықтанбаған сұлбалар алмасулары орындалатын кезде аралас режімге рұқсат етіледі.
Дауыстық сигнал цифрланған және сығылған формада беріледі. Н.323-ті сүйемелдейтін компрессия алгоритмдері ITU стандартының талаптарына сәйкес келеді. Н.323 терминалы G.711 дауысты компрессиялау (56 или 64 Кбит/c) стандартымен жұмыс істеуге қабілетті болуы керек. Дауыстық кодек G.723 рекомендациясына ұқсауы керек, ал видео кодек H.261 стандартына сәйкес келуі керек (Н.263 опционды болып табылады, бұл стандарт бейненің жоғары сапасын қамтамсыз етеді). 1-кестеде видеоконференция үшін форматтардың ITU стандарттары келтірілген. Пакеттік техника арнаның төменгі жүктелуі кезінде дауыстың және бейненің қанағаттанарлықтай сапасын және дестелерді беруде қателердің аз ықтималдығын қамтамасыз етеді. Бейнесигналды сығудың қолжетерлік шамасы – 1000:1, дауыстық үшін 8:1.
Дауысты және бейнені таратудағы эксперименттер үшін IETF (Internet Engineering Task Force) тобымен желі-мультикастингінің MBONE құрылымы жасалды. MBONE (Multicast Backbone, 300 Кбит/с дейін) Интернет үстін функционалдайтын уникаст-туннельдерден құрылған виртуалды желі түрінде бейнеленеді. MBONE Интернеттің тек қана 3,5% құрайды. MBONE қатынауға арналған жұмыс станциялары ІР мультикастингті сүйемелдеуі керек. Барлық маршрутизаторлардың мультикастингті сүйемелдей алмайтындығын білу керек.
MBONE-мен жұмыс кезінде жіберуші алушының кім екенін білмеуі керек, ал арнаның талап етілетін өткізу жолағы қанша клиентке қызмет етуіне байланысты емес.
Бейнеконференция үшін талап етілетін арна жолағы қажетті шешуші қабілетпен және кадр жиілігімен анықталады. Бейнені тарату үшін керекті арнаның талаптары 2-кестеде келтірілген.
2-Кесте
|
кадр жиілігі/с |
Экран өлшемі (24 түстік бит) |
|||
|
1280*1024 |
640*480 |
320*240 |
160*120 |
|
|
30 |
900 Мбит/с |
211 Мбит/с |
53 Мбит/с |
13 Мбит/с |
3-кестеде түсті бейнелеу үшін пиксельге 24 бит және кадрлар жиілігі 30/с үшін берілетін бейнедеректерді әртүрлі дәрежеде сығуды пайдалану кезінде арнаның өткізу қабілеті келтірілген.
3-Кесте
|
Деректерді сығу дәрежесі |
Экран өлшемі |
|||
|
|
1280*1024 |
640*480 |
320*240 |
160*120 |
3-кестенің жалғасы
|
100:1 |
9 Мбит/с |
2.11 Мбит/с |
0.53 Мбит/с |
0.13 Мбит/с |
|
50:1 |
18 |
4,22 |
1,06 |
0,26 |
|
25:1 |
36 |
8,44 |
2,12 |
0.52 |
|
12:1 |
75 |
17,58 |
4,4 |
1,08 |
|
6:1 |
150 |
35,17 |
8,8 |
2,16 |
Дауыстарды беру кезіндегі талаптар қажетті сапалармен анықталады, 6 кГц жолақты алу үшін 64 кбит/с керек, ал CD-мен салыстыруға болатын деңгей үшін – 1,4 Мбит/с. Деректерді сығуды қолдану арқылы бұл талаптарды 4-8 есе төмендетуге болады. Бейнеконференция кезінде бейнелерді сығуға арналған жалпы қабылданған стандарттар болып JPEG, MPEG, H.261 табылады. әдетте олар бағдарламалық түрде, кейде аппаратық түрде де жүзеге асырылады. Егер бүгін UDP мультимедиа үшін базалық транспорттық хаттама болып табылса, жақындағы уақытта оны RTR ығыстырады және RSVP және ST-II толықтырады, бұдан сапа мен сенімділік жоғарылауы білінеді.
№ 13 дәріс. Телевизиялық сигналдың сандық бейнеленуі
Дәрістің мақсаты: студенттерді телевизиялық сигналдың сандық бейнеленуімен таныстыру.
Сандық технология телевиденияға өткен ғасырдың жетпісінші жылдары біртіндеп ене бастады. Бірінші болып уақыттық бұрмаланудың сандық корректоры, кейін кадрлық синхронизаторлар, арнайы эффектілер генераторлары, микшерлер, коммутаторлар пайда болды. Бірақ толық масштабты сандық телевиденияға өту жиырма жыл бұрын ғана Sony фирмасымен алғашқы өндірістік сандық бейнемагнитофонның шығуынан басталды. Бұл – телевидение үшін көрнекті оқиға болды. Бәрінен бұрын мынаны айту керек, сандық аппараттан шығатын дауыстың және бейненің сапасын сипаттайтын параметрлер аналогты магнитофондардағы мәндерінен асып түсті. Бірақ сандық бейнежазудың пайда болуы айтарлықтай жақсаруын ғана білдірген жоқ. Барлық аналогтық жүйелерге тән бұрмаланулардың жиналу эффектісі аналогты магнитофонда жасалуы мүмкін қайта жазулардың рұқсат етілген шекті санын шектейді. Ал сандық жүйелер бұрамаланудың жиналу эффектісі болмайды.
Бірақ сандық техника да мәселелерді тудырады. Сандық сигналдардың жиіліктік жолағы өзлерінің «алдындағы» аналогтықтарға қарағанда кеңірек. Мысалы, сандық түрдегі телевизиялық видео сигналдың алатын жиіліктік жолағы жүздеген мегарцті құрайды. Сандық ағынға қателер енгізбейтін және үлкен өткізу қабілетіне ие арналарды қолдану экономикалық тиімсіз және болуы мүмкін емес.
Жоғары дәрежелі бөгеуілге тұрақтылықпен тарату мен жазудың принципиалды шешімінің негізін Шеннон қалады. Ол сигналды кодтауға негізделеген. Сандық бейнетехникадағы кодтау жүйелеріне өте көптеген және қарама-қарсы талаптар қойылады. Сондықтан кодтау тәжірибесінде бірнеше әдістер қолданылады. Қазір негізгі үш түрін бөліп көрсетуге болады:
- сигналды сандық формаға түрлендіру және оны экономды етіп көрсетуге арнап қысу немесе компрессиялау үшін информация көзін кодтау;
- қателерді табу және жөндеу мақсатымен кодтау;
- байланыс арнасы қасиеттерін сандық сигнал параметрлерімен келістіру және өздігінен синхронизацияны қамтамасыз ету үшін арналық кодтау.
Кез келген аналогты сигналды (дауыс, бейне) сандық түрге түрлендіру үшін міндетті түрде негізгі үш операцияны қолдану керек: дискреттеу, кванттау және кодтау. Дискреттеу – үзіліссіз аналогты сигналды оның тізбектелген мәндері (санақтары) бойынша көрсету. Бұл санақтар бір-бірінен дискреттеу интервалы деп аталатын интервалдармен бөлінген уақыт моменттерінен алынады. Санақтар арасындағы интервалдарға қарсы шаманы дискреттеу шамасы деп атайды. 23 суретте негізгі аналогты сигнал және оның дискреттелген түрі көрсетілген. Уақыттық диаграммамен келтірілген бейнелер мына жорамалдан алынған, яғни сигналдар бір қатардың телевизиялық бейнесигналы әрі барлық телевизиялық растр үшін бірдей болып табылады.
23 Сурет - Аналогтық-цифрлық түрлендіру. Дискреттеу
Дискреттеу интервалы сәйкесінше дискреттеу жиілігі жоғары аз болған сайын негізгі сигнал мен оның дискреттелген көшірмесі арасындағы айырмашылық аз болады. Дискреттелген сигналдың сатылық құрылымы төменгі жиілікті сүзгі арқылы тегістелуі мүмкін.
Аналогтық сигналдың дискреттелген түрінен қайта қалпына келуі осылайша жүзеге асады. Бірақ қалпына келтіру тек, дискретизация жиілігі негізгі аналогтық сигналдың жиілік жолағы енінен 2 есе асып кетуі керек (бұл шарт атақты Котельников теоремасымен анықталады). Егер бұл шарт орындалмаса, онда дискреттеу қайтымсыз бұрмалануларға ұшырайды.
Мәселе мынада, дискрттеу нәтижесінде сигналдың жиіліктік спектрінде негізгі аналогтық сигналы спектрінің екі еселенген еніне тең дипазонындағы дискреттеу жиілігі гармоникасының айналасына орналасатын қосымша компоненттер пайда болады. Егер аналогтық сигналдың жиіліктік спектріндегі максималды жиілік дискреттеу жиілігінің жартысынан асып кетсе, онда негізгі аналогтық сигналдың жиіліктік жолағына қосымша компоненттер түседі. Бұл жағдайда негізгі сигналды бұрмаланусыз қалпына келтіруге болмайды.
Дискреттеу бұрмалануының мысалы 24-суретте келтірілген.
24 Сурет - Дискреттеудің бұрмалануы
Аналогтық сигнал (бұл ТВ видео сигнал деп алайық) бұл жиілігі алғашқыда 0,5 МГц-тен 2,5 МГц-ке дейін ұлғаятын, кейін 0,5 МГц-ке дейін азаяды. Бұл сигнал 3 МГц жиілікпен дискреттеледі. 30-суретте тізбектей бейнелер көрсетілген: негізгі аналогтық сигнал, дискреттелген сигнал, дискреттелген соң қалпына келген аналогтық сигнал. Қалпына келтіруші төменгі жиілікті сүзгі 1,2 МГц өткізу жолағын иеленеді. Көрініп тұрғандай, төменгі жиілікті компоненттер ( 1 МГц-тен аз ) бұрмаланусыз қалпына келеді. 1,5 МГц жиілікті толқын жоғалып кетеді және салыстырмалы түрде тегіс өріске айналады. 1,5 МГц жиілікті толқын жиілігі 0,5 МГц толқынға айналады (бұл дискреттеу жиілігі 3 МГц және жиілігі 2,5 МГц негізгі сигнал арасындағы айырым).
Бұл диаграммалар бейненің кеңістіктік дискреттелуінің жоғары емес жиілігімен байланысты бұрмалануларын көрсетеді. Егер телевизиялық бейне түсіру обьектісі өте жылдам қимылдайтын немесе айналатын зат болса, онда уақыттық аймақта дискреттелудің бұрмалануы мүмкін. Уақыттық дискреттелудің жеткіліксіз дәрежедегі жоғары жиілігімен байланысты бұрмалану мысалы болып, жылдам қозғалып бара жатқан автокөліктің жылжымайтындармен суреті, немесе мысалы, дөңгелектің шыбықтарының осы немесе басқа жаққа жай айналуы жатады (стробоскоптикалық эффект).
Егер дискреттеу жиілігі орнатылса, онда дискреттеу бұрмалануы болмайды. Мұндай кезде негізгі сигнал жиілігінің жолағы жоғарыдан шектелген және дискреттелу жиілігінің жартысынан асатын болса, егер дискреттеу процесінде ТВ сигналдың шекаралық жиілікпен, мысалы 6 МГц, бұрмалануын болдырмауды талап ететін болса, онда дискреттеу жиілігі 12 МГц-тен аз болуы керек. Алайда, дискреттеу жиілігі екі еселенген сигналдың шекаралық жиілігіне жақын болған сайын, соғұрлым қалпына келтіруде әрі негізгі аналогтық сигналды алдын-ала сүзгілеу кезінде қолданылатын төменгі жиілікті сүзгіні жасау қиынырақ. Бұл былай түсіндіріледі, дискреттеу жиілігінің дискреттелуші сигналдың екі еселенген шекаралық жиілігіне жақындауы, қалпына келтіруші сүзгілердің жиіліктік сипаттамаларының формасына қатаңырақ талаптар қойылады, яғни формасы барынша тікбұрышты сипаттамаға сәйкес болуы керек.
Тікбұрышты сипаттамасы бар сүзгіні физикалық түрде жасау мүмкін емес екенін айту қажет. Теория көрсеткендей мұндай сүзгі жіберілетін сигналға шексіз үлкен кідіріс енгізуі қажет. Сондықтан тәжірибеде әрқашанда негізгі сигналдың екі еселенген шекаралық жиілігі мен дискреттеу жиілігінің арасында интервал болуы керек.
Кванттау сигнал санақ шамасының ең жақын бекітілген шамалардан-кванттау деңгейінен алынған шамамен алмастыру. Басқа сөзбен айтқанда, кванттау деген – санақ шамасын дөңгелектеу. Кванттау деңгейлері сигнал шамасы өзгеруі мүмкін барлық аралықты интервалдардың соңғы санына – кванттау қадамына бөледі. Кванттау деңгейінің орналасуы кванттау шкаласымен шартталған. Біркелкі, сонымен қатар біркелкі емес шкалалар да қолданылады. 31-суретте кванттаудың біркелкі шкаласын әрі бейненің сәйкес сигналдарын қолдана отырып алынған негізгі аналогтық сигнал мен оның квантталған көшірмесі көрсетілген.
Кванттау процесі кезінде пайда болатын сигналдың бұрмалануын кванттау шуы деп атайды. Кванттау шуын инструменталды бағалауда негізгі сигнал мен оның квантталған көшірмесі арасындағы айырмасын есептейді, шуылдың объективтік көрсеткіші ретінде мысалы, осы айырманың орта квадраттық мәні алынады. Кванттау шуы флуктуациялық шуларға қарағанда сигналмен коррелденген, сондықтан кванттау шуы келесі сүзгілеумен жойылуы мүмкін емес. Кванттау шуы кванттау деңгейінің ұлғаюымен азаяды.
25 Сурет - Кванттау
Бірнеше жыл бұрын телевизиялық видео сигналды кванттау үшін 256 деңгейді қолдану жеткілікті болып көрінетін. Қазіргі уақытта бейне сигналды кванттаудың нормасы болып 1024 деңгей саналады. Сандық дауыстық сигналды құру кезінде кванттау деңгейінің саны айтарлықтай көп: ондаған мыңнан миллионға дейін.
Кванттау сигналының негізгі аналогтық сигналға қарағанда айырмашылығы ол шаманың ең соңғы санын қабылдауы мүмкін. Бұл оны әрбір дискреттеу интервалы шегінде кванттау деңгейінің реттік номеріне тең санмен белгілеуге мүмкіндік береді. Өз кезегінде бұл санды бірнеше белгілер мен символдардың комбинациясымен өрнектеуге болады. Деректерді символарды теру түрінде көрсететін белгілер (символдар) мен ережелер жүйесінің жиынтығы код деп аталады. Кодтық символдардың соңғы тізбегі кодтық сөз деп аталады. Кванттық сигналды кодтық сөздердің тізбегіне түрлендіруге болады. Бұл операция кодтау деп аталады. Әрбір кодтық сөз дискреттеудің бір интервалы шегінде беріледі. Дауыс және бейне сигналдарын кодтау үшін екілік код кеңінен қолданылады. Егер квантталған сигнал N мәнді қабылдай алатын болса, онда әрбір кодтық сөздегі екілік символдар саны n ≥ log2N тең. Екілік код түрінде көрсетілген бір разрядты немесе сөз символын бит деп атайды. Әдетте кванттау деңгейінің саны 2 бүтін дәрежесіне тең, дәлірек айтқанда N=2n.
Кодтық сөздерді параллельді немесе тізбектік түрде беруге болады (26-сурет). Параллельді түрде беру үшін n байланыс линиясын қолдану керек. (32-суретте көрсетілген мысалда, n = 4).
26 Сурет - Цифрлық кодтау
Кодтық сөздің символдары біруақытта линия бойынша дискреттеу интервалы шегінде беріледі. Тізбекті түрде беру үшін дискреттеу интервалын n интерваларға – тактілерге бөлу керек. Бұл жағдайда сөз символдары линия бойынша тізбектей беріледі, бір сөз символын беруге бір такт бөлінеді.
Сөздің әрбір символы бір немесе бірнеше дискретті сигнал-импульстер көмегімен беріледі. Аналогтық сигналдың кодтық сөздердің тізбегіне түрлендіруін импульстік-кодтық модуляция деп атайды. Сигналдармен анықталған сөздің көрсетілу формасы код форматымен анықталады. Параллель цифрлық ағында дискреттеу интервалы шегінде әрбір линиямен 4 разрядты сөздің 1 биті беріледі. Тізбекті ағында дискреттеу интервалы шегінде 4 разрядты сөздің биттері берілетін (үлкенінен бастап) 4 тактіге бөлінеді.
Аналогтық сигналдың цифрлық түрге (дискреттеу, кванттау және кодтау) түрленуімен байланысты операциялар аналогтық –цифрлық түрлендіргіш (АЦТ) құрылғысымен орындалады. Қазір кезде АЦТ қарапайым интегралдық сұлба болуы мүмкін. Кері процедур, дәлірек айтқанда аналогтық сигналдың кодтық сөздердің тізбегінен қайта қалпына келуі сандық – аналогтық түрлендіргіште (ЦАТ) жүргізіледі. Қазіргі уақытта дауыс пен бейнені өңдеуді, жазу және эфирге шығаруды жүзеге асыру үшін керекті техникалық мүмкіндіктер бар. Алайда сигналды бергіш ретінде (мысалы, микрофон, беруші ТВ түтікшесі немесе зарядтық байланысы бар прибор) және дауыс пен бейнені шығару құрылғылары (мысалы, дауысзорайтқыш, кинескоп) ретінде аналогтық құрылғылар қолданылады. Сондықтан аналогтық – сандық және сандық –аналогтық түрлендіргіштер сандық жүйелердің ажырамас бөлігі болып табылады.
Сандық сигналдарды аналогтық техникаларға ұқсас параметрлермен, мысалы жиілік жолағы көмегімен сипаттауға болады. Бірақ олардың сандық техникада қолданылуы шектелген болып табылады. Сандық ағынды сипаттайтын маңызды көрсеткіш болып деректерді тарату жылдамдығы табылады. Егер сөз ұзындығы n, дискреттеу жиілігі FD болса, онда уақыт бірлігіндегі екілік символдар санымен өрнектелген (бит/с) деректерді тарату жылдамдығы сөз ұзындығы мен дискреттеу жиілігіне көбейтіндісі ретінде табуға болады: C = nFD.