Основы проектирования защищенных телекоммуникационных систем : курс лекций, компьютерный практикум, компьютерные лабораторные работы и задание на самостоятельную работу

А.М. Голиков 

 

 

 

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ 

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ 

 

 

Учебное пособие  

для специалитетета: 10.05.02 Информационная безопасность 

телекоммуникационных систем 

Курс лекций, компьютерный практикум, компьютерные 

лабораторные работы и задание  

на самостоятельную работу  

 

 

 

 

 

 

 

Томск 

 
 
 
 

Министерство образования и науки Российской Федерации 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение  

высшего образования 

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники 

 

 

 

 

 

А.М. ГОЛИКОВ 

 

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ 

ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ 

 

Учебное пособие  

для специалитетета: 10.05.02 Информационная безопасность 

телекоммуникационных систем 

Курс лекций, компьютерный практикум, компьютерные лабораторные работы и задание  

на самостоятельную работу 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2016 

 

 

УДК 621.39(075.8) 

ББК 32.973(я73) 

Г 60        

 Голиков А.М.  

Основы проектирования защищенных телекоммуникационных систем. Учебное 

пособие для специалитета: 10.05.02 Информационная безопасность  

телекоммуникационных систем. Курс лекций, компьютерный практикум, компьютерные 

лабораторные работы и задание на  самостоятельную работу / А.М.Голиков. – Томск: Томск. 

гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2016. – 396 с.: ил. — (Учебная литература для 

вузов)            

           

          Учебное пособие предназначено для направления подготовки специалистов по 

направлению 
10.05.02 
Информационная безопасность 
телекоммуникационныхсистем.          

Современные учебные курсы редко рассматривают комплексно вопросы проектирования 

защищенных телекоммуникационных сетей. Мало учебников и для комьютерной реализации 

реализации современных телекоммуникационных систем. Актуальность пособия велика, так 

как в современных системах связи и телевидения, а также кабельных сетях применяются все 

более 
сложные 
виды 
модуляции 
и 
кодирования, 
обеспечивающие 
высокую 

помехоустойчивость.  

          Методология изучения курса состоит в закреплении теоретических знаний на 

примерах компьютерной реализации современных телекоммуникационных систем и 

индивидуальных заданий на самостоятельную работу.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................................. 7 

1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ 

    СИСТЕМ.....................................................................................................................  ........7 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАЩИЩЕННАХ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ 

     СИСТЕМ ...........................................................................................................................17 

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАЩИЩЕННЫХ СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ 

    РАДИОСВЯЗИ...................................................................................................................118 

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАЩИЩЕННЫХ СИТЕМ ЦИФРОВОГО  

    ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ...................................................................................267 

  ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................................324 

  ЛИТЕРАТУРА.....................................................................................................................325 

  ПРИЛОЖЕНИЯ: ЗАДАНИЕ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ РАБОТУ...........................327 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................7 

1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ   

СИСТЕМ............................................................................................................................7 

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАЩИЩЕННАХ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ 

     СИСТЕМ ....................................................................................................................17 

2.1. Проектирование защищенной IP-ATC на базе программного 

    обеспечения ASTERISK............................................................................................ 17 

 2.2. Проектирование системы обеспечения защищенного маршрутизируемого 

        взаимодействия при использовании программного обеспечения  

        VIPNET OFFICE.....................................................................................................70 

2.3. Проектирование защищенной многоточечной видеоконференц  связи на базе  

      WEB-технологии.....................................................................................................99 

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАЩИЩЕННЫХ СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ 

    РАДИОСВЯЗИ (лекции, компьютерые практические и лабораторные работы 118 

 3.1. Проектирование защищенной системы мобильной связи стандарта GSM.....118 

3.2. Проектирование защищенной системы мобильной связи стандарта CDMA...137 

3.3. Проектирование защищенной системы мобильной связи стандарта  

        IЕЕЕ 802.11  (WiFi)...............................................................................................161  

3.4.  Проектирование защищенной системы мобильной связи стандарта 

        IEEE 802.15.4  (ZigBee)....................................................................................... 184  

3.5. Проектирование защищенной системы мобильной связи стандарта  

       IEEE 802.15.1 (Bluetooth)..................................................................................... 197 

3.6. Проектирование защищенной системы мобильной связи стандарта  

       IEEE 802.16 (WiMAX).......................................................................................... 211 

3.7. Проектирование защищенной системы мобильной связи стандарта  

       IEEE 802. 20 (LTE)................................................................................................ 238 

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАЩИЩЕННЫХ СИТЕМ ЦИФРОВОГО   

    ТЕЛЕВИЗИОННОГО  ВЕЩАНИЯ..........................................................................267 

4.1. Проектирование защищенной системы цифрового наземного 

       телевизионного вещания DVB-T ........................................................................267 

4.2. Проектирование защищенной системы цифрового спутникового телевизионного 

       вещания DVB-S и системы высокоскоростного цифрового спутникового ТВ- 

       вещания DVB-S2....................................................................................................278 

   4.3. Проектирование защищенной системы цифрового кабельного телевизионного  

вещания DVB-C и системы высокоскоростного цифрового кабельного ТВ- 

          вещания DVB-С2.................................................................................................285 

    4.4. Проектирование защищенной системы цифрового мобильного телевизионного 

           вещания DVB-Н и системы высокоскоростного цифрового мобильного ТВ- 

           вещания DVB-Н2................................................................................................ 307 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................................................324 

ЛИТЕРАТУРА.................................................................................................................325 

ПРИЛОЖЕНИЯ: ЗАДАНИЯ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ РАБОТУ.......................327 

      П1: Оптимизация методов помехоустойчивого кодирования 

           для телекоммуникационных систем..................................................................327 

      П2: Криптоанализ классических шифров...............................................................345 
 
      П3: Криптоанализ шифротекстов,  полученных методом гаммирования...........373 
  
       

 

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ 

               

 В 
учебном 
пособии 
рассмотрены 
основы 
проектирования 
защищенных 

телекоммуникационных, проектирование защищеннах инфокоммуникационных систем и 

копьютерный практикум: 1. проектирование защищенной IP-ATC на базе программного     

обеспечения 
ASTERISK; 
2. 
проектирование 
системы 
обеспечения 
защищенного 

маршрутизируемого 
взаимодействия при использовании программного обеспечения         

VIPNET OFFICE; 3. проектирование защищенной многоточечной видеоконференц  связи на 

базе WEB-технологии. Проектирование защищенных систем мобильной  радиосвязи и 

компь.терный практикум: 1. системы мобильной связи стандартов GSM;  2. системы 

мобильной связи стандарта CDMA; 3. системы мобильной связи стандарта IЕЕЕ 802.11 

(WiFi); 4. системы мобильной связи стандарта IEEE 802.15.4 ZigBee; 5. системы мобильной 

связи стандарта IEEE 802.15.1  (Bluetooth); 6. системы мобильной связи стандарта IEEE 

802.16 (WiMAX); 6. системы мобильной связи стандарта IEEE 802.20 LTE. Проектирование 

защищенных ситем цифрового телевизионного вещания и компьютерный практикум: 1. 

системы цифрового наземного телевизионного        вещания DVB-T; 2. системы цифрового 

спутникового телевизионного  вещания DVB-S и системы высокоскоростного цифрового 

спутникового ТВ-вещания DVB-S2; 3. системы цифрового кабельного телевизионного 

вещания DVB-C и системы высокоскоростного цифрового кабельного ТВ-вещания DVB-С2; 

4. системы цифрового мобильного телевизионного вещания DVB-Н и системы 

высокоскоростного цифрового мобильного ТВ-вещания DVB-Н2. 

      Задания на самостоятельную работу: 1. Оптимизация методов помехоустойчивого 

кодирования для телекоммуникационных систем; 2. Криптоанализ классических шифров;     

3. Криптоанализ шифротекстов,  полученных методом гаммирования; 4. Криптоанализ 

алгоритма RSA. 

 

 

1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЗАЩИЩЕННЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ 

    СИСТЕМ [1] 

По функциональному принципу сети ЕСЭ разделяются на транспортные сети и сети 

доступа. 

Транспортной является та часть сети связи, которая выполняет функции переноса 

(транспортирования) потоков сообщений от их источников из одной сети доступа 

получателям сообщений другой сети доступа. 

Сетью доступа сети связи является та ее часть, которая связывает источник (приемник) 

сообщений с узлом доступа, являющимся граничным между сетью доступа и транспортной 

сетью. 

Основные принципы системного подхода в области оптимального проектирования могут 

быть сформулированы следующим образом. 

Система, состоящая из оптимальных частей, в общем случае не является оптимальной. 

Подмена оптимизации системы в целом оптимизацией по частям во многих случаях может 

привести к ошибочным выводам. Оптимизация по частям приведет к тем же результатам, что 

и оптимизация в целом, только в том случае, если параметры одной части системы не влияют 

на выбор параметров другой части, что на практике встречается относительно редко. 

Оптимизация системы должна проводиться по количественно определенному и 

единственному критерию, который в математической форме отражает цель оптимизации. 

Критерий оптимальности, представленный в виде функции оптимизируемых параметров 

системы, называется целевой функцией Наличие нескольких критериев оптимальности, 

которые, как правило, тем или иным способом связаны между собой, не позволяет довести 

процесс до логического завершения, а отсутствие количественно определенного критерия 

свидетельствует о недостаточном понимании разработчиком поставленной перед ним 

задачи. 

Система 
должна 
оптимизироваться 
в 
условиях 
количественно 
определенных 

ограничений на оптимизируемые параметры. Последнее обстоятельство свидетельствует о 

том, что оптимальность системы всегда относительна, условна, так как зависит от условий 

оптимизации. Поэтому условия оптимизации должны достаточно точно соответствовать 

реальная масса и т.д. Внутренние параметры описывают систему с точки зрения разработчика. 

Такими параметрами для систем передачи являются: вид модуляции, тип кода, число ступеней 

преобразования, тип применяемых элементов и т.д. Уравнения связи между внешними и внутренними 

параметрами системы в аналитической форме, широко используемые в последующих главах, могут 

быть получены в результате: 

1. Теоретических исследований (например, уравнения связи для помехозащищенности, 

пропускной способности, надежности и т.д.); 

2. Технико-экономических расчетов (например, уравнения связи для стоимости, приведенных 

затрат и т.д.); 

3. Аппроксимация экспериментальных зависимостей или эмпирических данных (например, 

уравнения связи для вероятности ошибки, разборчивости речевых сигналов и т.д.); 

имитационного моделирования системы или ее подсистемы на ЭВМ (например, уравнения связи 

для 
параметров 
системы 
синхронизации 
в 
зависимости 
от 
характера 
ошибок 
или 

помехозащищенности в зависимости от гипа используемого кода). 

Задание на проектирование составляется заказчиком совместно с генеральным 

проектировщиком, а по необходимости и с субподрядным и специализированными 

организациями на основе решений, принятых на этапе разработки технико-экономического 

обоснования (ТЭО). 

В задании на проектирование указываются: 

- наименование проектируемой линии и основания для ее проектирования и 

строительства новых или использования существующих сетевых узлов связи (СУС); 

- направление линии передачи с указанием оконечных узловых и промежуточных 

пунктов, в которых должны выделяться каналы связи; 

- виды и объем информации, подлежащей передаче (телефонная, телеграфная и 

факсимильная связь, передача данных, Интернет, электронная почта, передача газетных 

полос, телевидение и вещание, роуминг мобильной радиосвязи и т.п.), приведенных к 

общему числу каналов тональной частоты (КТЧ), основных цифровых каналов (01ДК) 

или цифровых потоков различной иерархии; 

- предварительные рекомендации по выбору цифровых систем передачи, типа кабеля и 

источников их поставки; 

- рекомендации по топологии сети, элементом которой будет проектируемая линия пер е 

дач и; 

- требования по организации соединительных линий первичной сети и временных 

обходных связей на период освоения проектной мощности или завершения 

реконструкции; 

- обоснование необходимости строительства технических и вспомогательных зданий, 

проектирования источников и сетей электро-, теплоснабжения и инженерных 

коммуникаций для них; 

- требования к показателям надежности линии передачи и мероприятиям по их защите 

как от различного вида влияний, так и от несанкционированного доступа; 

- взаимосвязь линии передачи с другими сооружениями ЕСЭ и ее составляющими; 

- мероприятия на случай чрезвычайных ситуаций; 

- требования по организации эксплуатации линии передачи, экологии 

и охране окружающей среды; 

предварительные сведения о сейсмичности, вечной мерзлоте, группе. 

Основные этапы проектирования 

При проектировании линии передачи решаются следующие задачи: Выбор трассы линии 

передачи. 

Социально-экономическая характеристика оконечных и промежуточных пунктов. 

Обоснование и расчет потребного количества каналов. Выбор системы передачи и типа 

кабеля. Размещение регенерационных пунктов и др. 

Инженерный расчет показателей надежности ВОЛП 

Исходные данные для расчета и основные расчетные соотношения 

Требуемые показатели надежности (без резервирования) для местных (МПС), зоновых 

(ЗПС) и магистральных (СМП) участков первичной сети ЕСЭ РФ с максимальной 

протяженностью 
М
L  приведены в табл. 1.1, 1.2 и 1.3 соответственно. 

Таблица 1.1 

Показатели надежности с протяженностью сети 
М
L = 200 км 

 

 

 
 

0,985, а аппаратуры - 0,995. Тогда на подземной кабельной линии должны 

обеспечиваться следующие показатели: 

- коэффициент готовности - не менее 0,985; 

- среднее время между отказами - не менее 340,5 ч; 

- среднее время восстановления - не более 5,2 ч; 

- плотность повреждений - не более 0,1823. 

 

Нормирование параметров цифровых каналов и трактов при проектировании 

СП и ЛП 

Общие принципы нормирования. Основные определения 

Каналы и тракты проектируемых линий передачи должны отвечать определенным 

требованиям, предъявляемым к их параметрам, основными из которых являются: мощность 

шумов и вероятность ошибки. Для нормирования параметров цифровых каналов и трактов 

используются номинальные цепи, представляющие собой цифровые тракты определенной 

длины с установленным количеством оконечного и промежуточного оборудования. 

Основные нормируемые показатели качества функционирования цифровых 

каналов и трактов 

К основные нормируемым показателям качества функционирования каналов и трактов 

относятся: 

- верность передачи; 

- задержка; 

- фазовые флуктуации; 

- проскальзывания, 

Главный нормативный показатель - верность передачи. 

Таблица 2. Максимальная продолжительность измерения коэффициента ошибок Кош в 

зависимости от скорости передачи f 

 

 

 

Рис. 1.1. Структурная схема участка регенирации 

Расчет участков волоконно-оптической линии передачи 

Длины участков на волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП) следует выбирать возможно 

большими с тем, чтобы уменьшить количество необслуживаемых регенерационных пунктов (НРП). 

Максимальная длина участка рассчитывается цваждь.: исходя из потерь в физической среде передачи 

и в зависимости от дисперсионных свойств этой среды. 

Основные параметры оптических воло*кон (ОВ) волоконно- оптических кабелей, используемых 

при проектировании ЛП, приведены в табл. 5.4, где приняты следующие обозначения: а - 

коэффициент затухания оптического волокна, дБ/км; AF - относительная полоса пропускания 

оптического волокна - его широкополосность, Мгц/км (^ля многомодовых волокон); Я -длина волны 

оптического излучения, мкм; а - коэффициент хроматической дисперсии оптического волокна, пс/нм
км (для одномодовых волокон). 

 

 

В техническом паспорте (сертификате) аппаратуры обычно указываются 

следующие параметры. 

- Скорость п^едачи оптического сигнала В, Мбит/с. 

- Длина волны источника излучения  , мкм. 

- Тип источника излучения. 

- Ширина спектра источника излучения 


, мкм. 

- Уровень излучаемой мощности 
ПЕР
P
,  дБм. 

   - Минимальный уровень приема 
ПР
P
б дБм. 

 

Разность уровня передачи и минимального уровня приема называют энергетическим 

потенциалом системы 

МИН
ПР
ПЕР
P
P
Э


 

Для определения длины регенерационного участка составляется его расчетная схема, 

представленная на рис. 1.2. 

На рисунке приняты следующие обозначения: ОС-Р — оптический соединитель разъемный; НРП 

— необслуживаемый регенерационный пункт; ППМ — приемопередающий оптический модуль, 

преобразующий оптический сигнал в электрический, восстанавливающий параметры последнего и 

преобразующий его в оптический (аппаратура окончания оптического тракта; ОС-Н — оптический 

соединитель неразъемный, ОВ — оптическое волокно. Как следует из рис. 5.4, затухание 

регенерационного участка равно 

 

 

Рис. 1.2. Расчетная схема регенерационного участка ЦВОСП