Коммуникационную систему, представляющую уровни с 1-го по 3-й, начнем рассмотрение с нижних уровней.
Физический уровень (1-й уровень ЭМВОС) предназначен для переноса потока дискретных сигналов в виде последовательности бит через физическую среду. В качестве такой физической среды в ЦСИО обычно используется сеть скроссированных (выделенных) каналов. Основными функциями физического уровня являются: установление и разъединение соединений; реализация интерфейса; диагностика неисправностей. Функция преобразования сигналов на физическом уровне в ЦСИО отсутствует. Это связано с тем, что в ЦСИО применяется ИКМ, что позволяет дискретные сигналы непосредственно передавать по цифровому каналу связи (КСв).
Пакеты передаются через сеть как в режиме коммутации пакетов (КП), так и в режиме коммутации каналов (КК). Отличие состоит в том, что в первом случае пакеты обрабатываются во всех узлах коммутации, расположенных по пути следования пакетов, а во втором - пакеты передаются узлами коммутации без обработки.
Необходимость совмещения КК и КП в ЦСИО объясняется следующими причинами. Потоки сообщений можно разбить на два трафика: синхронный и асинхронный. Для синхронного трафика характерно требование сохранения с заданной точностью временного расположения отдельных элементов сообщения относительно друг друга. Требование изохронности предъявляется к передаче речи, подвижных изображений и некоторых видов телеметрических данных. Для асинхронного трафика необязательно соблюдение изохронности передачи (например, при передаче больших массивов информации, электронной почты и др.).
Для передачи синхронного трафика можно использовать либо жесткое закрепление физических ресурсов за соединением, либо методы передачи синхронной нагрузки. КК использует метод "с соединением", который имеет фазу установления соединения. Во время этой фазы происходит обмен управляющими блоками, которые резервируют в каждом групповом тракте по пути от отправителя к получателю необходимое количество стандартных цифровых каналов. В случае отсутствия необходимого количества свободных каналов для организации соединения абоненту- отправителю выдается отказ. Закрепление физических ресурсов за соединением является характерной особенностью КК.
Преимуществом КК является достаточно малое и стабильное значение времени задержки, что хорошо для передачи синхронного трафика. Недостатки - необходимость фазы установления соединения и связанные с ней ненулевую вероятность отказа и затраты времени на соединение, а также малую эффективность использования ресурсов ЦСИО в случае значительной прерывности потока сообщений.
Асинхронный трафик некритичен к ожиданию освобождения занятых физических ресурсов, поэтому физические ресурсы выделяются по мере необходимости в порядке очередности. КП преимущественно используется для передачи асинхронного трафика.
В КП передается пакет, транспортирующий массив пользовательской информации или управляющей информации ограниченной длины (512-2048бит). Основными модификациями КП являются передача датаграмм; передача виртуальных вызовов с последующей передачей пакетов по виртуальным соединениям; передача пакетов по постоянному виртуальному соединению (см. сетевой уровень вычислительных сетей).
Преимуществом КП является высокая эффективность использования канала сввязи (КСв) для прерывистых входящих потоков сообщений за счет организации большого количества логических каналов в одном физическом соединении. Недостатком данной технологии является большее время задержки по сравнению с КК и зависимость этого времени от загрузки ЦСИО.
При передаче синхронного трафика с использованием КП необходимо принимать дополнительные меры по обеспечению изохронности передачи. Использование КП для передачи аналоговых сигналов - речи и зрительных образов в потоках цифровых данных позволяет объединить в одну технологию передачи пакетов данных и цифровую передачу речи.
Для примера рассмотрим речь. Ее передача имеет тот же характер "всплесков" -звук перемежается с периодами молчания. Следовательно, пакеты речи могут разделять общий канал, так же как это происходит с пакетами данных, а это позволяет. совместное использование средств коммутации и передачи. Эксперименты и исследования дают оптимистические прогнозы по совместному использованию КП - и для данных, и для речи.
Для снижения задержек и уменьшения потерь пакетов желательно, чтобы пакеты были минимальной длины. Короткие пакеты дают гораздо более быстрое прохождение, чем длинные. Однако длинные пакеты обеспечивают лучшее использование канала, поскольку в коротких пакетах содержится больше информации, не нужной пользователю: меток пакетов, управляющих полей. Оптимальный размер пакета должен учесть время ответа, пропускную способность сети, а также эффекты опаздывания и потерь пакетов.
С учетом этих особенностей перейдем к рассмотрению канального уровня ЦСИО. Канальный уровень (2-й уровень ЭМВОС) служит для выполнения функций установления, поддержания и разъединения канальных соединений, называемых информационными каналами и соответствуют обычным вычислительным сетям. Однако процедуры управления каналом, которые эффективны для каналов определенного типа и качества, могут оказаться неэффективными для каналов других типов качества. Поэтому целесообразна разработка адаптивных алгоритмов управления каналом передачи информации, позволяющих ЦСИО на канальном уровне приспосабливаться к сложившейся ситуации (с точки зрения обеспечения помехоустойчивости передачи цифровой информации).
Совмещение различных технологий транспортировки сообщений добавляет функции. Они должны реализовываться непосредственно перед физическим уровнем, так как протокольные форматы и последовательности действий уже на канальном уровне АОС существенно различны для разных технологий. Следовательно, уровень, аналогичный канальному уровню АОС, в ЦСИО распадается на два подуровня: уровень совмещения и собственно уровень канала (см. рис.).
Основными функциями подуровня совмещения являются создание протокольных блоков с меткой, указывающей на технологию транспортировки (по метке выбираются соответствующие протоколы на более высоких уровнях); мультиплексирование и организация цикловой синхронизации (формирование ИКМ-кадра); сегментирование и блокирование интерфейсных блоков канального уровня; управление мультиплексированием.
Сетевой уровень (3-й уровень ЭМВОС) служит для выполнения функций обмена сетевыми сервисными блоками при помощи сетевых соединений (датаграммных и виртуальных цепей и прямых каналов). Процедуры1-го и 2-го уровней ЭМВОС управляют процессом передачи информации только по одному физическому КСв вне зависимости от того, каким образом организован этот канал (выделенный или временно скоммутированный) между двумя абонентами через сеть с коммутацией каналов.
В отличие от них процедуры 3- го уровня ЭМВОС, реализуются на сети в целом и тесно связаны с ее топологией (структурой, конфигурацией) и процессами, затрагивающими обмен информацией во всех каналах передачи информации и узлах коммутации ЦСИО.
На сетевом уровне должны быть выполнены две главные взаимосвязанные функции: 1) выбор маршрута передачи пакета получателю, 2) создание условий, исключающих перегрузку сети, которая может явиться следствием реализации недостаточно эффективной процедуры маршрутизации. Другими словами, маршрутизация должна сопровождаться ограничением потоков в сети, не допускающим ее перегрузки.
