7.1 Сети на базе аналоговых и цифровых каналов

Наиболее широко распространенными каналами связи являются коммутируемые телефонные каналы связи. Чаще всего такие они используются для индивидуального удаленного доступа к сети. Телефонная сеть включает три основные компоненты: соединение абонента со станцией коммутации (локальная петля), станция коммутации (АТС), соединение между станциями коммутации (узловое соединение).

В настоящее время для передачи данных в телефонных сетях более подходит цифровая передача. Она имеет ряд преимуществ:

1. Затухание и нарушение формы здесь менее сильно, чем в аналоговой форме;

2. При ретрансляции цифрового сигнала проще восстановить его начальную форму, которая известна точно. При ретрансляции аналогового сигнала ошибка накапливается;

3. Цифровая передача более надежна;

4. В цифровом виде можно передавать данные, голос и музыку одновременно и с большей скоростью;

5. Цифровая передача дешевле;

6. Цифровую сеть проще эксплуатировать.

Большинство городских телефонных сетей имеют главный центр коммутации, который взаимодействует с локальными АТС. Он представляет второй уровень иерархии, а линии между АТС и центром коммутации называют «узловыми». В телефонных сетях используются два способа коммутации: коммутация каналов и коммутация пакетов. Передача данных по узловым соединениям в настоящее время в основном осуществляется в цифровой форме. Однако в случае локальной петли - чаще всего используется аналоговая форма.

Для организации магистральной части глобальных сетей используются только выделенные телефонные каналы связи. Выделенный канал - это канал фиксированной пропускной способности, постоянно соединяющий двух абонентов. Выделенные каналы делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от аппаратуры коммутации. Выделенные линии могут быть разделены на две группы. Первая – это нагруженные каналы тональной частоты, проходящие через оборудование частотного уплотнения, расположенное на АТС. По физической природе линии аналогичны коммутируемым телефонным линиям, но обеспечивают лучшее качество прохождение сигналов. Вторая группа выделенных линий - ненагруженные физические проводные линии. Они могут кроссироваться на АТС, но не проходят через аппаратуру частотного уплотнения. Часто такие линии используются для связи внутри одного города.

Аналоговые выделенные каналы предоставляют для построения сетей наиболее простой сервис - сервис «голого» провода, на котором не определен способ представления бит информации в виде электромагнитных сигналов. Поэтому в таком канале можно использовать любые протоколы передачи данных, начиная с физического уровня. Аналоговые каналы делятся: в зависимости от полосы пропускания — на каналы тональной частоты и широкополосные каналы, в зависимости от типа окончания — на каналы с 4-проводным окончанием и каналы с 2-проводным окончанием. Аппаратура передачи данных использует на выделенной линии собственный протокол физического уровня, а оконечное оборудование данных (мост, маршрутизатор и т.д.), выбирает какой-либо протокол канального уровня. Для передачи данных по выделенным нагруженным аналоговым линиям используются модемы, использующие методы аналоговой модуляции сигнала.

На выделенных ненагруженных линиях предпочтительно использовать модемы «базовой полосы пропускания» которые не модулируют сигнал, так как работают на коротких расстояниях и с широкой полосой пропускания.

Цифровые выделенные каналы связи образуются путем постоянной коммутации в сетях, поддерживающей передачу аудио или видео потоков в цифровой форме. Для качественной передачи голоса необходима передача оцифрованных отсчетов амплитуды звуковых колебаний с частотой 8000 Гц, а каждый отсчет представляется в виде числа, состоящего из 7 или 8 бит. Аналоговый и цифровые первичные каналы уплотняются в скоростные каналы передачи данных между АТС. В аналоговых сетях применяется частотное уплотнение, в цифровых сетях используется уплотнение с разделением времени. Кадр уплотненного канала несет мало служебной информации – только 1 бит, который разделяет уплотненные кадры. Независимо от того, сколько каналов содержит уплотненный кадр, он должен быть передан за время 125 микросекунд, так, чтобы частота передачи отсчетов каждого первичного канала была равна 8000 Гц.

Существует две основных технологии уплотнения и коммутации цифровых каналов:

• плезиохронная цифровая иерархия (Plesiochronic Digital Hierarchy, PDH);

• синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH, стандарт SONET в Америке).

Технология PDH использует по сравнению с технологией SDH более узкий диапазон скоростей в уплотненных каналах - от 64 Кб/с до 34 Мб/с (в Америке - до 45 Мб/с). Кадры PDH несут мало служебной информации, поэтому наблюдение и управление потоками кадров в сетях PDH затруднено.

Имеется три типа каналов сетей PDH:

1. Первичные каналы со скоростью 64 Кб/с,

2. Каналы Е1 со скоростью 2,048 Мб/с, включающие 32 первичных канала по 64 Кб/с, из которых два канала отводятся для передачи синхронизирующей и управляющей информации,

3. Каналы Е3 со скоростью 34 Мб/с, состоящие из 16 каналов Е1.

В Америке вместо каналов Е1 используются каналы Т1 со скоростью 1,544 Мб/с, состоящие из 24 первичных каналов, а каналам Е3 соответствуют каналы Т3 со скоростью 45 Мб/с, состоящие из 28 каналов Т1.

В сетях PDH интерфейс G.703 определяет физический протокол взаимодействия аппаратуры пользователя с оборудованием PDH - скорость передачи данных, тип кода или алгоритм его формирования, форму импульсов, тип кабелей и т.п. Применяется несколько схем кодирования, основанных на непосредственной передаче импульсов без модуляции. Мультиплексирование потоков информации имеет два решения. Одно базируется на синхронном мультиплексировании и носит название синхронная цифровая иерархия (SDH), другое использует простой асинхронный пакетный обмен и носит название асинхронный режим передачи (ATM).

Технология SDH представляет собой развитие технологии PDH. Стандарт SDH предназначен для замены иерархии асинхронных линий E1/E3 и представляет модификацию американского стандарта на передачу данных по оптическим каналам связи SONET (Synchronous Optical NETwork). Стандарт SDH определяет иерархию скоростей, кратных скорости 155 Мб/с (SONET - 55 Мб/с): от 155 Мб/с до 10 Гб/с. Кадр данных SDH несет значительную долю служебной информации, т.е. в кадре на каждые 270 байтов пользовательских данных приходится 9 байтов служебной информации. Служебная информация позволяет повысить степень контроля и управляемости сетей SDH. Структура кадров позволяет выполнять маршрутизацию, осуществлять управление сетями любой топологии. Используется два способа соединения - радиальный и кольцевой. В SONET предусмотрено четыре варианта соединений: точка-точка, цепь, простое кольцо и сцепленное кольцо. Линейные варианты используются для ответвлений от основного кольца сети. При использовании кольцевого способа аппаратура всегда соединяется двумя кольцами, что позволяет повысить надежность сетей. При построение сетей SDH на больших территориях применяется последовательное соединение нескольких колец, а при создании городской сети может использоваться однокольцевая сеть. SDH предоставляет улучшенную схему мультиплексирования каналов для быстродействующих интерфейсов с полосой пропускания 150 Мбит/с. Аппаратура SDH может использовать каналы PDH в качестве входных каналов. Для доступа к аппаратуре SDH используется интерфейс G.703, а для управления используется протокол SNMP.