Тема 12. Технології глобальних мереж Глобальні зв'язки на основі виділених ліній
Виділений канал — це канал з фіксованою смугою пропускання або фіксованою пропускною здатністю, що постійно з'єднує двох абонентів. Абонентами можуть бути як окремі пристрої (комп'ютери або термінали), так і цілі мережі.
Виділені канали звичайно орендуються в компаній — операторів територіальних мереж, хоча великі корпорації можуть прокладати свої власні виділені канали.
Виділені канали діляться на аналогові й цифрові залежно від того, якого типу комутаційна апаратури застосована для постійної комутації абонентів — FDM або TDM. На аналогових виділених лініях для апаратури передачі даних фізичний і канальний протоколи жорстко не визначені. Відсутність фізичного протоколу приводить до того, що пропускна здатність аналогових каналів залежить від пропускної здатності модемів, які використовує користувач каналу.
На цифрових виділених лініях протокол фізичного рівня зафіксований — він заданий стандартом G.703.
На канальному рівні аналогових і цифрових виділених каналів звичайно використовується один із протоколів сімейства HDLC або ж пізніший протокол РРР, побудований на основі HDLC для зв'язку багатопротокольних мереж.
Аналогові виділені лінії
Виділені аналогові канали надаються користувачеві з 4-провідним або 2-провідним закінченням.
Виділені лінії можуть бути розділені на дві групи за наявностю проміжної апаратури комутації й посилення.
Першу групу становлять так звані навантажені лінії, що проходять через устаткування частотного ущільнення (FDM-комутатори й мультиплексори), розташовані, наприклад, на АТС. Телефонні компанії звичайно надають в оренду два типи виділених каналів: канал тональної частоти зі смугою пропускання 3,1 кГц і широкополосний канал зі смугою 48 кГц, що являє собою базову групу з 12 каналів тональної частоти.
Друга група виділених ліній — це ненавантажені фізичні провідні лінії. Вони можуть кросуватися, але при цьому не проходять через апаратуру частотного ущільнення. Часто такі лінії використовуються для зв'язку між близько розташованими будинками. При невеликій довжині ненавантаженої виділеної лінії вона має досить широку смугу пропускання, іноді до 1 МГц, що дозволяє передавати імпульсні немодульовані сигнали. У зв'язку із цим до найближчої АТС дані від віддаленого комп'ютера або мережі можна передавати набагато швидше, ніж по каналах тональної частоти, які починаються в даній АТС.
Типова структура з'єднання двох комп'ютерів або локальних мереж через маршрутизатор за допомогою виділеної аналогової лінії наведена на рис.12.1. У випадку 2-провідного закінчення (див. рис.12.1, а) для забезпечення дуплексного режиму модем використовує трансформаторну розв'язку. Телефонна мережа завдяки своїй схемі розв'язки забезпечує роз'єднання потоків даних, що циркулюють у різних напрямках. При наявності 4-провідного закінчення (див. рис.12.1, б) схема модему спрощується.
Рис. 12.1. З'єднання локальних мереж або комп'ютерів по виділеному каналу
Цифрові виділені лінії
Цифрові виділені лінії утворюються шляхом постійної комутації в первинних мережах, побудованих на базі комутаційної апаратури, що працює на принципах поділу каналу в часі TDM. Існують два покоління технологій цифрових первинних мереж — технологія плезіохронної ("плезіо" означає "майже", тобто майже синхронної) цифрової ієрархії (Plesіochronіc Dіgіtal Hіerarchy, PDH) і пізніша технологія — синхронна цифрова ієрархія (Synchronous Dіgіtal Hіerarchy, SDH). В Америці технології SDH відповідає стандарт SONET.
Технологія плезіохронної цифрової ієрархії PDH
Ця технологія була розроблена компанією AT&T наприкінці 60-х років для рішення проблеми зв'язку великих комутаторів телефонних мереж між собою.
Для рішення цього завдання була розроблена апаратура Т1, що дозволяла в цифровому виді мультиплексувати, передавати й комутувати (на постійній основі) дані 24 абонентів. В зв’язку з тим, що абоненти як і раніше користувалися звичайними телефонними апаратами, тобто передача голосу йшла в аналоговій формі, то мультиплексори Т1 самі здійснювали оцифровування голосу із частотою 8000 Гц і кодували голос за допомогою імпульсно-кодової модуляції (Pulse Code Modulatіon, PCM). У результаті кожний абонентський канал утворював цифровий потік даних 64 Кбіт/с. Для з'єднання магістральних АТС канали Т1 були занадто слабкими засобами мультиплексування, тому в технології була реалізована ідея утворення каналів з ієрархією швидкостей. Чотири канали типу Т1 поєднуються в канал наступного рівня цифрової ієрархії — Т2, що передає дані зі швидкістю 6,312 Мбіт/с, а сім каналів Т2 дають при об'єднанні канал Т3, що передає дані зі швидкістю 44,736 Мбіт/с. Апаратура T1, T2 і Т3 може взаємодіяти між собою, створюючи ієрархічну мережу з магістральними й периферійними каналами трьох рівнів швидкостей.
Мережі T1, а також більш швидкісні мережі T2 і Т3 дозволяють передавати не тільки голос, але й будь-які дані, представлені в цифровій формі, — комп'ютерні дані, телевізійне зображення, факси й т.п.
Технологія цифрової ієрархії була пізніше стандартизована CCІTT. При цьому в неї були внесені деякий зміни, що привело до несумісності американської й міжнародної версій цифрових мереж. Американська версія поширена сьогодні крім США також у Канаді і Японії (з деякими розходженнями), а в Європі застосовується міжнародний стандарт. Аналогом каналів Т у міжнародному стандарті є канали типу El, E2 і Е3 із іншими швидкостями — відповідно 2,048 Мбіт/с, 8,488 Мбіт/с і 34,368 Мбіт/с.
Таблиця 12.1. Ієрархія цифрових швидкостей
На практиці в основному використовуються канали Т1/Е1 і Т3/Е3.
Мультиплексор Т1 забезпечує передачу даних 24-х абонентів зі швидкістю 1,544 Мбіт/с.
При передачі комп'ютерних даних канал Т1 надає для користувальницьких даних тільки 23 каналу, а 24-й канал приділяється для службових цілей, в основному — для відновлення пошкоджених кадрів. Для одночасної передачі як голосових, так і комп'ютерних даних використовуються всі 24 канали, причому комп'ютерні дані передаються зі швидкістю 56 Кбіт/с. Техніка використання восьмого біта для службових цілей одержала назву "крадіжки біта" (bіt robbіng).
Фізичний рівень технології PDH підтримує різні види кабелів: кручену пару, коаксіальний кабель і волоконно-оптичний кабель. Основним варіантом абонентського доступу до каналів Т1/Е1 є кабель із двох кручених пар з роз’ємами RJ-48. Дві пари потрібні для організації дуплексного режиму передачі даних зі швидкістю 1,544/2,048 Мбіт/с. Для подання сигналів використається: у каналах Т1 біполярний потенційний код B8ZS, у каналах El-біполярний потенційний код HDB3. Для посилення сигналу на лініях Т1 через кожні 1800 м (одна миля) встановлюються регенератори й апаратура контролю лінії.
Коаксіальний кабель завдяки своїй широкій смузі пропускання підтримує канал Т2/Е2 або 4 канали Т1/Е1. Для роботи каналів Т3/Е3 звичайно використовується або коаксіальний кабель, або волоконно-оптичний кабель, або канали СВЧ.
Як американський, так і міжнародний варіанти технології PDH мають недоліки.
1. Складність операцій мультиплексування й демультиплексування користувальницьких даних, відсутність повної синхронності потоків даних при об'єднанні низькошвидкісних каналів у більш швидкісні. Споконвічно асинхронний підхід до передачі кадрів породив вставку біта або декількох біт синхронізації між кадрами. У результаті для витягнення користувальницьких даних з об'єднаного каналу необхідно повністю демультиплексувати кадри цього об'єднаного каналу. Наприклад, якщо потрібно одержати дані одного абонентського каналу 64 Кбіт/с із кадрів каналу Т3, необхідно зробити демультиплексування цих кадрів до рівня кадрів Т2, потім — до рівня кадрів Т1, а потім демультиплексувати і самі кадри Т1. Для подолання цього недоліку в мережах PDH реалізують деякі додаткові прийоми, що зменшують кількість операцій демультиплексування при витягннні користувальницьких даних з високошвидкісних каналів. Наприклад, одним з таких прийомів є "зворотна доставка" (back haulіng). Природно, такі складні взаємини комутаторів ускладнюють роботу мережі, вимагають її тонкого конфігурування, що веде до великого обсягу ручної роботи й помилок.
2. Відсутність розвинених вбудованих процедур контролю й керування мережею. Службові біти дають мало інформації про стан каналу, не дозволяють його конфігурувати й т.п. Немає в технології й процедур підтримки відмовостійкості, які дуже корисні для первинних мереж, на основі яких будуються відповідальні міжміські й міжнародні мережі. У сучасних мережах керуванню приділяється велика увага, причому вважається, що керуючі процедури бажано вбудовувати до основного протоколу передачі даних мережі.
3. Занадто низькі швидкості ієрархії PDH. Волоконно-оптические кабелі дозволяють передавати дані зі швидкостями в трохи гигабит у секунду по одному волокну, що забезпечує консолідацію в одному кабелі десятків тисяч користувальницьких каналів, але ця властивість технологія PDH не реалізує - її ієрархія швидкостей закінчується рівнем 139 Мбит/с.
Всі ці недоліки усунуті в новій технології первинних цифрових мереж, що одержала назву синхронної цифрової ієрархії - Synchronous DіgіtalHіerarchy, SDH.