Коммутируемый аналоговый доступ

и сервером удаленного доступа, установленным на границе телефонной и компьютерной сетей. Компьютер пользователя подключается к телефонной сети с помощью коммутируе­ мого модема, который поддерживает стандартные процедуры набора номера и имитирует работу телефонного аппарата для установления соединения с RAS. Коммутируемый доступ может быть аналоговым или цифровым, в зависимости от типа абонентского окончания сети. В этом разделе мы рассмотрим доступ через аналоговые окончания, а в следующем — через цифровые.

Принцип работы телефонной сети

Первые телефонные сети были полностью аналоговыми, так как в них абонентское устройство (телефонный аппарат) преобразовывало звуковые колебания, являющиеся аналоговыми сигналами, в колебания электрического тока (также аналоговые сигналы). Коммутаторы телефонной сети тоже передавали пользовательскую информацию в ана­ логовой форме, перенося эти сигналы в другую область частотного спектра с помощью методов частотного уплотнения (FDM), описанных в главе 9.

Сегодня в телефонных сетях голос между коммутаторами все чаще передается в цифровой форме по каналам PDH/SDH с помощью технологии TDM. Однако абонентские оконча­ ния остаются в основном аналоговыми, что позволяет пользоваться теми же сравнительно простыми и недорогими аналоговыми телефонными аппаратами, что и раньше.

Типичная структура телефонной сети представлена на рис. 22.4. Сеть образована некото­ рым количеством телефонных коммутаторов, которые соединены между собой цифровыми или, в редких случаях, аналоговыми каналами. Топология связей между телефонными коммутаторами в общем случае носит произвольный характер, хотя часто имеет место многоуровневая иерархия, когда несколько коммутаторов нижнего уровня подключаются

ккоммутатору более высокого уровня и т. п.

Ккоммутаторам нижнего уровня с помощью абонентских окончаний, которые представ­ ляют собой медные пары, подключаются телефонные аппараты абонентов. Обычно длина абонентского окончания не превышает одного-двух километров, однако иногда оператор вынужден использовать и более протяженные окончания, до 5-6 км, если имеется не­ сколько удаленных абонентов, для которых строительство отдельной точки присутствия экономически неоправданно.

Телефонная сеть, как и любая сеть с коммутацией каналов, требует обязательной про­ цедуры предварительного установления соединения между абонентскими устройствами. В случае успеха этой процедуры в сети устанавливается канал между абонентами, через который они могут вести разговор. Процедура установления соединения реализуется с по­ мощью сигнального протокола. Напомним, что в аналоговых телефонных сетях каждому абонентскому соединению выделяется полоса пропускания шириной в 4 кГц. Из этой по­ лосы 3,1 кГц предназначается для передачи собственно голоса, а оставшиеся 900 Гц служат для передачи сигнальной информации между аналоговыми коммутаторами, а также в каче­ стве защитной полосы частот между каналами, выделенными различным пользователям.

Существует большое количество различных сигнальных протоколов, разработанных за долгие годы существования телефонных сетей. Они делятся на два класса: сигнальные протоколы UNI работают между телефоном пользователя и первым коммутатором сети, асигнальные протоколы NNI —между коммутаторами сети. Так как модем подключается к телефонной сети в качестве абонентского устройства, то он должен поддерживать только протокол UNI.

Аналоговый телефон —это достаточно примитивное устройство, поэтому поддерживае­ мый им сигнальный протокол также предельно прост. Процедура вызова абонента обычно представляет собой последовательность замыканий и размыканий электрической цепи, образуемой проводами абонентского окончания. В ответ на первое замыкание телефонный коммутатор подает на абонентскую цепь некоторое напряжение, которое воспроизводится в виде постоянного гудка динамика телефонной трубки. Человек активно участвует в про­ цедуре вызова, набирая в ответ на гудок цифры вызываемого номера.

Существует два способа передачи номера в сеть. При импульсном наборе каждая цифра передается соответствующим числом последовательных импульсов размьпсания-замыкания частотой 10 или 20 Гц.

При тоновом наборе (Dual Tone Multi Frequency, DTMF) для кодирования цифр и симво­ лов используется комбинация сигналов двух групп: низкочастотной (697,770,852 и 941 Гц) и высокочастотной (1209,1336,1477 и 1633 Гц).

Сочетания этих частот дают 16 комбинаций кодирования, как показано в табл. 22.1.

Частота 1633 Гцявляется расширением стандарта DTMF, с помощью которого кодируются дополнительные символы А, В, С и D, отсутствующие на стандартной клавиатуре теле­ фонов, но используемые модемами и некоторыми приложениями.

Тоновый набор выполняется с частотой 10 Гц сигналами длительностью в 50 мс с паузами также в 50 мс.

После приема такого условного «сообщения» от телефонного аппарата первый коммута­ тор телефонной сети маршрутизирует сообщение дальше. Если этот коммутатор является цифровым, то он преобразует поступающий от абонента аналоговый сигнал в цифровую форму.

Чтобы добиться развитой логики обработки вызовов, современные телефонные коммута­ торы используют протоколы сигнальной системы 7 (Signaling System 7, SS7), в которых применяется техника коммутации пакетов. Эти протоколы построены в соответствии с моделью OSI, покрывая уровни от физического до прикладного. И хотя мы еще не раз будем упоминать SS7, подробное рассмотрение этих протоколов выходит за рамки темы данной книги, их описание можно найти в учебниках, посвященных телефонии.

Нужно подчеркнуть, что пользовательские данные по-прежнему передаются в телефонных сетях с помощью техники коммутации каналов, а техника коммутации пакетов требуется сигнальным протоколам только для установления соединения. Наряду с протоколами SS7 в телефонной сети может задействоваться большое количество более старых сигнальных протоколов, в том числе аналоговых.

Удаленный доступ через телефонную сеть

Для того чтобы получить доступ в Интернет или корпоративную сеть через телефонную сеть, модем пользователя должен выполнить вызов по одному из номеров, присвоенному модемам, находящимся на сервере удаленного доступа. После установления соединения между модемами в телефонной сети образуется канал с полосой пропускания около 4 кГц. Точное значение ширины имеющейся в распоряжении модемов полосы зависит от типа телефонных коммутаторов на пути от модема пользователя до модема RAS и от поддер­ живаемых ими сигнальных протоколов. В любом случае, эта полоса не превышает 4 кГц, что принципиально ограничивает скорость передачи данных модемом.

выявлять и исправлять ошибки, появляющиеся из-за искажений битов при передаче через телефонную сеть. Вероятность битовой ошибки в этом случае довольно высока, поэтому функция исправления ошибок является очень важной для модема. Для протокола, который работает поверх модемного соединения между удаленным компьютером и RAS, каналь­ ный протокол модема прозрачен, его работа проявляется только в том, что интенсивность битовых ошибок (BER) снижается до приемлемого уровня. Так как в качестве канального протокола между компьютером и RAS сегодня в основном используется протокол РРР,

который не занимается восстановлением искаженных и потерянных кадров, способность модема исправлять ошибки оказывается весьма полезной.

Протоколы и стандарты модемов определены в рекомендациях ITU-T серии Vи делятся на три

группы:

О стандарты» определяющие скорость передачи данныхи метод кодирования; □ стандарты исправления ошибок;

Q стандартысжатия данных.

Стандарты метода кодирования и скорости передачи данных. Модемы являются одними из наиболее старых и заслуженных устройств передачи данных; в процессе своего развития они прошли долгий путь, прежде чем научились работать на скоростях до 56 Кбит/с.

Первые модемы работали со скоростью 300 бит/с и исправлять ошибки не умели. Эти модемы функционировали в асинхронном режиме, означающем, что каждый байт пере­ даваемой компьютером информации передавался асинхронно по отношению к другим байтам, для чего он сопровождался стартовыми и стоповыми символами, отличающимися от символов данных. Асинхронный режим упрощает устройство модема и повышает на­ дежность передачи данных, но существенно снижает скорость передачи, так как каждый байт дополняется однйм или двумя избыточными старт-стопными символами.

Современные модемы могут работать как в асинхронном, так и синхронном режимах.

Переломным моментом в истории развития модемов стало принятие стандарта V.34, ко­ торый повысил максимальную скорость передачи данных в два раза, с 14 до 28 Кбит/с по сравнению со своим предшественником —стандартом V.32. Особенностью стандарта V.34 являются процедуры динамической адаптации к изменениям характеристик канала во время обмена информацией. В V.34 определено 10 согласительных процедур, по которым модемы после тестирования линии выбирают свои основные параметры: несущую поло­ су и полосу пропускания, фильтры передатчика и др. Адаптация осуществляется в ходе сеанса связи без прекращения и без разрыва установленного соединения. Возможность такого адаптивного поведения была обусловлена развитием техники интегральных схем и микропроцессоров. Первоначальное соединение модемов проводится по стандарту V.21 на минимальной скорости 300 бит/с, что позволяет работать на самых плохих линиях. За­ тем модемы продолжают переговорный процесс до тех пор, пока не достигают максимально возможной в данных условиях производительности. Применение адаптивных процедур сразу позволило поднять скорость передачи данных более чем в 2 раза по сравнению спредыдущим стандартом —V.32 bis.

Принципы адаптивной настройки к параметрам линии были развиты в стандарте V.34+. Стандарт V.34+ позволил несколько повысить скорость передачи данных за счет усовер­ шенствования метода кодирования. Один передаваемый кодовый символ несет в новом стандарте в среднем не 8,4 бита, как в протоколе V.34, а 9,8. При максимальной скорости