Автор: К. Галичский
(актуализация by iv)

1.1 Телефонная сеть общего пользования
Кому – таторы, а кому – ляторы
(вывеска на автомагазине)

В мире существует примерно миллиард телефонных аппаратов, если не считать мобильных. Поэтому совершенно нереально протянуть линии связи так, чтобы связать каждый аппарат с каждым (рис. 1.1). Тем не менее, ничто не мешает нам совершать звонки с любого телефона на практически любой другой в мире (за исключением экзотических случаев закрытых сетей, типа правительственной связи).

Рис. 1.1. «Паутина»

Однако и не надо связывать каждый телефон с каждым, поскольку никогда не нужно говорить со всеми абонентами в мире одновременно. Поэтому достаточно протянуть ровно одну телефонную линию к каждому абоненту, а задачу по их временному соединению, то есть по коммутации линий, возложить на одно общее устройство – автоматическую телефонную станцию (АТС).

Рис. 1.2. «Звезда»

Однако с помощью одной АТС (рис. 1.2) невозможно справиться со всеми телефонами в мире сразу, да и было бы довольно дорого прокладывать телефонные линии со всего мира в одну точку Земного шара. Наличие большого количества АТС легко решает эту проблему.

Но и тут незадача: как обеспечить связь между всеми сотнями тысяч АТС, существующими в мире? Соединение по принципу «каждая с каждой» в принципе годится в масштабах населённого пункта (хотя, например, в Москве имеется несколько сотен АТС – а это довольно много). На самом деле, устройство крупной городской сети намного сложнее: помимо собственно АТС, там имеются еще и так называемые узлы входящей и исходящей связи (в Москве таких телефонных узлов 10), резко сокращающие число линий, необходимых в масштабах мегаполиса. Но для примерного представления о «кухне» телефонной связи это будет уже, пожалуй, слишком подробно. Итак, будем для простоты считать, что городская сеть – это множество АТС, связанных по принципу «каждая с каждой», к которым, в свою очередь, подключаются абоненты (рис. 1.3).

Рис. 1.3. «Паутина» из «звезд»

Теперь возникает задача связать между собой отдельные телефонные сети населённых пунктов между собой. Для этого в каждом из населённых пунктов вводится междугородная АТС, соединённая с каждой из обычных, «городских» АТС. Междугородные АТС всех населённых пунктов связываются между собой (опять-таки позволим себе такое упрощение), по тому же принципу «каждая с каждой» (рис. 1.4).

Рис. 1.4. «Паутина» на междугородном уровне

Итак, мы добрались до уровня национальной телефонной сети. Очевидно, что телефонные сети всех стран входят в общую международную сеть, окончательно решая грандиозную проблему связи всех телефонов в мире между собой.

Абонентские устройства

К АТС можно подключать не только телефонные аппараты, но и факс-машины, модемы, автоответчики и т. д. (рис. 1.5). Все эти устройства будем обобщённо называть абонентскими устройствами.

Рис. 1.5. Абонентские устройства

Виды линий

Различают два основных вида линий, соединяющих узлы телефонной сети, то есть абонентские устройства и АТС: абонентские линии (АЛ) и соединительные линии (СЛ). Как нетрудно догадаться из названия, первые служат для подключения абонентских устройств к АТС, а вторые – для соединения АТС между собой.

В англоязычной литературе абонентские линии называют CO line (Central Office line, то есть «линия, протянутая в центральный офис»).

Адресация в телефонных сетях
– Поедемте в нумера!
(Киса Воробьянинов)

Каждому абоненту телефонной сети назначается его уникальный адрес – телефонный номер. Число цифр в номере обычно зависит от размеров населённого пункта; причем для звонков в другие населённые пункты обычно используются более длинные номера. Система правил, описывающих образование телефонных номеров, называется номерным планом. Каждая телефонная сеть имеет свой собственный номерной план: для звонка одному и тому же абоненту из разных сетей необходимо набирать разные номера. Например, для звонка на московский номер 788‑0705 из Москвы достаточно набрать просто 788‑0705, а из С.‑Петербурга необходимо набирать 8‑гудок-495-788‑0705.

В принципе, абонент (обычно это организация) может иметь и несколько номеров: звонок на любой из этих номеров будет попадать на линии абонента (так называемая услуга DID). При этом абонент может иметь несколько телефонных линий (многоканальный телефон), каждая из которых может использоваться для соединения независимо от набранного номера. Аппаратура на стороне абонента получает вместе со звонком информацию о набранном номере и может предпринимать те или иные действия в зависимости от этого номера.

Таким образом, число линий и число номеров не всегда совпадает (зачем это нужно, будет рассказано чуть ниже).

Некоторые номера могут не соответствовать реальным абонентам, а представлять тот или иной автоматический сервис (например, автоматическую справочную).

Telco

Эксплуатацией общедоступных телефонных сетей разного уровня занимаются так называемые телефонные компании. Они непосредственно предоставляют те или иные услуги телефонной связи своим клиентам.

Некоторые фирмы владеют своими собственными междугородными линиями связи, не входящими в общую иерархию, предоставляя возможность всем желающим по относительно низким тарифам пользоваться ими (так называемый сервис Calling Card). Другие фирмы предоставляют иные услуги абонентам городской сети на базе обычной телефонной связи, например, различные автоматических справочные (Audiotext), системы телеголосования (Televoting), услуги развлекательного характера (телефонные «чаты», «разговор с незнакомкой» и так далее). Провайдеры всех этих услуг вместе с телефонными компаниями обобщённо называются Telco-провайдерами (произносится как «телко»).

Таким образом, телефония используется не только простыми абонентами или организациями «для внутреннего употребления», но и Telco-провайдерами – «для предоставления услуг». Соответственно можно считать, что существует два основных сектора рынка телефонных решений – решения для конечных потребителей и решения для создания новых услуг.

Цифровые сети ISDN

Для обозначения обычных услуг связи, предоставляемых телефонной сетью в обычном понимании, в англоязычной литературе применяется термин POTS (Plain Old Telephony Service, то есть «простая старая телефонная сеть»).

Концепция POTS рассчитана главным образом на передачу речи и плохо годится для передачи цифровых данных. Например, абонент POTS может использовать модем для выхода в Интернет, но при этом его линия оказывается занятой на всё время сеанса подключения к Интернет-провайдеру. Кроме того, POTS гарантирует передачу звука в пределах примерно от 300 до 3400 Гц, что сильно ограничивает скорость цифрового соединения.

В противоположность POTS, сети ISDN (Integrated Services Digital Network, произносится как «ай-эс-ди-эн», дословно переводится как «цифровая сеть с интегрированными услугами») – это концепция сети, удовлетворяющей современным потребностям в услугах по передаче данных произвольного типа (в частности, видео- и цифровых данных). Абонент ISDN-сети, имея всего одну линию связи с провайдером ISDN, может одновременно принимать или совершать телефонные звонки и получать доступ в Интернет. Помимо этого ISDN предусматривает наличие так называемых дополнительных услуг: переадресацию, перевод звонков на другой номер, конференц-связь, подключение нескольких независимо адресуемых абонентских устройств к одной линии и т. д.

В русскоязычной литературе встречаются различные варианты перевода аббревиатуры «ISDN»: ЦСИО (цифровая сеть интегрированного обслуживания) и ЦСИС (цифровая сеть интегрированных служб).

Протоколы связи

Наверняка слово «сигнализация» у большинства читателя вызывает ассоциации с охранными системами или чем-то в этом роде. Терминология связистов действительно довольно своеобразна, особенно в тех областях, которые пересекаются с компьютерными технологиями. Так вот, то, что специалисты по телекоммуникациям называют протоколами связи, в телефонии по историческим причинам называется сигнализациями (происходит от английского термина signaling, который в оригинале ничего близкого с охранными системами не имеет; более точный перевод, отражающий суть этого понятия – «система сигналов»).

Итак, сигнализация, или протокол связи – это система сигналов, с помощью которых два взаимодействующих объекта (АТС и подключённый к ней телефон, телефонные узлы, компьютеры, подключённые к Интернет и т. д.) обмениваются командами и информацией. В дальнейшем в книге будет использоваться только термин «протокол», как наиболее широко распространённый и не сбивающий с толку неспециалиста (ну разве что дипломата или стража порядка).

Современные телекоммуникационные протоколы (самый известный из них, пожалуй, TCP/IP – основа Интернет), подобно компьютерному программному обеспечению, весьма разнообразны, сложны и по уровню развития далеко опережают телефонные, поскольку решают весьма разнообразные задачи. Утрируя, в телефонии протоколы в большинстве случаев решают только одну довольно простую задачу – установление соединения, передачу звука и последующее разъединение.

Самый простой пример телефонного протокола, знакомый любому, кто пользовался хоть раз в жизни телефоном – это так называемая аналоговая абонентская линия, или LSI (Loop Start Interface). Некоторые его «сигналы» – гудок, слышимый в трубке после её снятия, длинные гудки, обозначающие, что на том конце зазвенел телефон, и короткие гудки, служащие сигналом «занято» или «отбой». Они адресованы автоматической аппаратурой человеку-пользователю, поэтому они и слышны ухом. В общем случае это, конечно же, далеко не всегда так.

Например, набор номера самым старым и распространённым в России способом – в пульсовом режиме – сопровождается лишь характерным пощелкиванием в линии. Дисковый номеронабиратель, возвращаясь в исходное положение с определённой скоростью, замыкает и размыкает электрическую цепь телефонной линии число раз, соответствующее набранной цифре, а АТС подсчитывает число этих замыканий в каждой серии. Таким образом, пульсовый набор номера, будучи адресован исключительно аппаратуре АТС, ведётся исключительно на «языке» электрических сигналов.

Помимо LSI, в телефонных сетях встречается огромное количество других протоколов: ISDN, R1.5, R2, SS7, QSIG, V5, GSM, DECT. Кроме того, во многих странах используются множество «национальных» протоколов, а также «диалектов» вышеупомянутых. Протокол – это основной параметр, характеризующий тип линии, соединяющий между собой узлы телефонной сети (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Протоколы на различных линиях

Виды АТС

Из всех видов АТС к современной телефонии следует отнести лишь электронные. Электронная АТС является, по сути, специализированным компьютером.

В телефонных сетях общего пользования России наряду электронными АТС до сих пор эксплуатируется оборудование, относящееся к предыдущим технологическим эпохам – так называемые декадно-шаговые и координатные АТС, основанные на электромеханическом принципе коммутации. Эти виды АТС всё еще остаются значительным аспектом современной телефонии в условиях России, поэтому им стоит уделить немного внимания.

История автоматической коммутации в телефонии началась в 1889 г., с изобретения декадно-шагового искателя А. Б. Строуджером из Канзас-сити. Реальное применение автоматической коммутации началось лишь в 1910-е гг. В СССР первая автоматическая станция была построена только в 1929 г. в Ростове-на-Дону и обслуживала 6000 номеров. Изобретение Строуджера даже спустя век не потеряло своей актуальности: до сегодняшнего дня около 10% парка московской телефонной сети – это декадно-шаговые АТС‑47 (разработана в 1947 г.) и АТС‑54 (ЛОНИИС, 1954 г.).

Декадно-шаговые АТС отличаются огромными размерами. Эта проблема решается с помощью многократного координатного соединителя (МКС), разработанного в 1913 г. американцем Дж. Рейнольдсом и в 1919 г. усовершенствованного шведским инженером Г. Бетуландером. Это тоже электромеханическое устройство, позволяющее коммутировать сразу 100 абонентов. АТС на его основе получается намного компактнее декадно-шаговых АТС, а качество звука намного выше. Применение АТС координатного типа началось в Москве в 1967–68 гг. Координатные АТС (АТСК, АТСКУ, АТСК‑100/2000, ПСК‑1000) составляют примерно 60% ёмкости российских городских сетей и почти 100% сельских.

Оставшиеся 15% – это квазиэлектронные (КВАНТ, МЕТАКОНТА) и электронные АТС (Ericsson AXE‑10, Siemens EWSD, AT&T 5ESS, АТСЦ‑90 и другие).
Стандартизация

Для обеспечения совместимости телефонного оборудования между собой нужны специальные стандарты. В разных странах применяются разные стандарты, но существуют и международные. В основном стандартизуются типы линий, протоколы связи, форматы данных, качество обслуживания и т. д.

Основной работой по стандартизации в области телекоммуникаций на международном уровне занимается Телекоммуникационный сектор Международного союза электросвязи (International Telecommunications Union – Telecommunications Services Sector, сокращённо ITU-T). Эта организация, штаб-квартира которой находится в Женеве, ранее называлась Международным Консультативным Комитетом по Телеграфии и Телефонии, сокращённо МККТТ (Consultative Committee on International Telegraphy and Telephony, CCITT). Все государства-члены ООН могут участвовать в работе ITU. По результатам деятельности своих рабочих групп ITU-T регулярно публикует рекомендации, касающиеся различных аспектов телекоммуникационной отрасли. Эти рекомендации имеют систему обозначений в виде латинской буквы, точки и от одной до четырех цифр, например, V.34, X.25, Q.931, H.323. Первая буква обозначает так называемую серию, например, стандарты серии «E» относятся к общей организации телефонных сетей, «G» – системы передачи информации по цифровым сетям, «H» – аудиовизуальные и мультимедиа системы, «I» – сети ISDN, «Q» – коммутация и протоколы связи, «V» – передача данных по телефонным линиям, «X» – сети передачи данных.

Помимо ITU-T, стандартизацией в телекоммуникационной отрасли занимаются различные организации, из которых стоит упомянуть Европейскую организацию телекоммуникационных стандартов (ETSI, European Telecommunications Standards Institute). ETSI издаёт как собственные стандарты, так и расширенные версии рекомендаций ITU-T, предназначенные для применения в странах Европейского Союза. Некоторые стандарты, разработанные ETSI, принимаются в качестве рекомендаций ITU-T. Примерами стандартов от ETSI являются GSM, Euro-ISDN, V5, QSIG.

Форум ECTF (Enterprise Computer Telephony Forum) является промышленным союзом (то есть объединяет производителей, а не страны) и занимается стандартизацией в области компьютерной телефонии. В его активе стандарты ECTF H.100 и ECTF S.100 (система нумерации стандартов ECTF очень напоминает систему ITU-T).

Европейская ассоциация ECMA (European Computer Manufacturers Association) также является объединением фирм и занимается вопросами интеграции информационных и телекоммуникационных систем. Примером стандарта от ECMA является CSTA.

Некоторую роль в стандартизации телекоммуникационной отрасли играют также Международная организация стандартов (ISO, International Organization for Standardization) и её американский филиал ANSI (American National Standards Institute).

Международные стандарты носят декларативный характер: каждая страна вольна следовать тем или иным стандартам при выработке внутринациональных стандартов, или же создавать свои национальные версии на основе международных рекомендаций. В России стандартизацией на национальном уровне занимаются учреждения Министерства связи. Большую роль в этом процессе играет Ленинградский отраслевой НИИ связи (ЛОНИИС).

Сертификация

Телефонное оборудование в большинстве стран, в том числе в России, подлежит сертификации на соответствие национальным стандартам.

Любое оборудование, подключаемое к абонентским линиям ТфОП должно иметь сертификат Минсвязи (рис. 1.7), что гарантирует соблюдение всех требований телефонной сети (такой сертификацией занимаются специальные лаборатории ЛОНИИС). Кроме того, должны иметься сертификаты Ростеста на соблюдение норм электробезопасности и электромагнитной совместимости.

Сертификацией оборудования на американском рынке занимается Федеральная комиссия по связи, FCC (Federal Communications Commission). Однако телефонные системы зарубежного производства, имеющие сертификат FCC, всё равно подлежат сертификации на соответствие российским стандартам для использования их в российских телефонных сетях.