Глобальные связи на основе выделенных линий

Выделенный канал — это канал с фиксированной полосой пропускания или фиксиро­ванной пропускной способностью, постоянно соединяющий двух абонентов. Або­нентами могут быть как отдельные устройства (компьютеры или терминалы), так и целые сети.

Выделенные каналы обычно арендуются у компаний — операторов территори­альных сетей, хотя крупные корпорации могут прокладывать свои собственные выделенные каналы.

Выделенные каналы делятся на аналоговые и цифровые в зависимости от того, какого типа коммутационная аппаратура применена для постоянной коммутации абонентов — FDM или TDM. На аналоговых выделенных линиях для аппаратуры передачи данных физический и канальный протоколы жестко не определены. От­сутствие физического протокола приводит к тому, что пропускная способность аналоговых каналов зависит от пропускной способности модемов, которые исполь­зует пользователь канала. Модем собственно и устанавливает нужный ему прото­кол физического уровня для канала.

На цифровых выделенных линиях протокол физического уровня зафиксиро­ван — он задан стандартом G.703.

На канальном уровне аналоговых и цифровых выделенных каналов обычно ис­пользуется один из протоколов семейства HDLC или же более поздний протокол РРР, построенный на основе HDLC для связи многопротокольных сетей.

472 Глава 6 • Глобальные сети

6.2.1. Аналоговые выделенные линии

Типы аналоговых выделенных линий

Выделенные аналоговые каналы предоставляются пользователю с 4-проводным или 2-проводным окончанием. На каналах с 4-проводным окончанием организация полнодуплексной связи, естественно, выполняется более простыми способами.

Выделенные линии могут быть разделены на две группы по другому признаку -наличию промежуточной аппаратуры коммутации и усиления или ее отсутствию.

Первую группу составляют так называемые нагруженные линии, проходящие через оборудование частотного уплотнения (FDM-коммутаторы и мультиплексо­ры), расположенное, например, на АТС. Телефонные компании обычно предостав­ляют в аренду два типа выделенных каналов: канал тональной частоты с полосой пропускания 3, 1 кГц и широкополосный канал с полосой 48 кГц, который пред­ставляет собой базовую группу из 12 каналов тональной частоты. Широкополос­ный канал имеет границы полосы пропускания от 60 до 108 кГц. Так как широкополосный канал используется для связи АТС между собой, то получение его в аренду более проблематично, чем канала тональной частоты.

Выделенные нагруженные каналы также классифицируются на категории в за­висимости от их качества. От категории качества зависит и арендная месячная плата за канал.

Вторая группа выделенных линий — это ненагруженные физические проводные линии. Они могут кроссироваться, но при этом не проходят через аппаратуру час­тотного уплотнения. Часто такие линии используются для связи между близко стоящими зданиями. Разветвленные сети каналов, представляющих собой ненаг­руженные линии, используются, например, муниципальными службами (энерго­надзора, водопровода, пожарной охраны и др.) для передачи технологической информации. При небольшой длине ненагруженной выделенной линии она обла­дает достаточно широкой полосой пропускания, иногда до 1 МГц, что позволяет передавать импульсные немодулированные сигналы. На первый взгляд может по­казаться, что ненагруженные линии не имеют отношения к глобальным сетям, так как их можно использовать при протяженности максимум в несколько километ­ров, иначе затухание становится слишком большим для передачи данных. Однако в последнее время именно этот вид выделенных каналов привлекает пристальное внимание разработчиков средств удаленного доступа. Дело в том, что телефонные абонентские окончания — отрезок витой пары от АТС до жилого или производ­ственного здания — представляют собой именно такой вид каналов. Широкая (хотя и заранее точно неизвестная) полоса пропускания этих каналов позволяет развить на коротком отрезке линии высокую скорость — до нескольких мегабит в секунду. В связи с этим до ближайшей АТС данные от удаленного компьютера или сети можно передавать гораздо быстрее, чем по каналам тональной частоты, которые начинаются в данной АТС. Использование выделенных ненагруженных каналов подробно рассматривается в разделе 6.5, посвященном удаленному доступу.

Модемы для работы на выделенных каналах

Для передачи данных по выделенным нагруженным аналоговым линиям исполь­зуются модемы, работающие на основе методов аналоговой модуляции сигнала,

6.2. Глобальные связи на основе выделенных линий 473

рассмотренных в главе 2. Протоколы и стандарты модемов определены в рекомен­дациях CCITT серии V. Эти стандарты делятся на три группы:

• стандарты, определяющие скорость передачи данных и метод кодирования;

• стандарты исправления ошибок;

• стандарты сжатия данных.

Эти стандарты определяют работу модемов как для выделенных, так и комму­тируемых линий. Модемы можно также классифицировать в зависимости от того, какой режимы работы они поддерживают (асинхронный, синхронный или оба этих режима), а также к какому окончанию (4-проводному или 2-проводному) они под­ключены.

В отношении режима работы модемы делятся на три группы:

• модемы, поддерживающие только асинхронный режим работы;

• модемы поддерживающие асинхронный и синхронный режимы работы;

• модемы, поддерживающие только синхронный режим работы.

Модемы, работающие только в асинхронном режиме, обычно поддерживают низкую скорость передачи данных — до 1200 бит/с. Так, модемы, работающие по стандарту V.23, могут обеспечивать скорость 1200 бит/с на 4-проводной выделен­ной линии в дуплексном асинхронном режиме, а по стандарту V.21 — на скорости 300 бит/с по 2-проводной выделенной линии также в дуплексном асинхронном режиме. Дуплексный режим на 2-проводном окончании обеспечивается частотным разделением канала. Асинхронные модемы представляют наиболее дешевый вид модемов, так как им не требуются высокоточные схемы синхронизации сигналов на кварцевых генераторах. Кроме того, асинхронный режим работы неприхотлив к качеству линии.

Модемы, работающие только в синхронном режиме, могут подключаться только к 4-проводному окончанию. Синхронные модемы используют для выделения сиг­нала высокоточные схемы синхронизации и поэтому обычно значительно дороже асинхронных модемов. Кроме того, синхронный режим работы предъявляет высо­кие требования к качеству линии.

Для выделенного канала тональной частоты с 4-проводным окончанием разра­ботано достаточно много стандартов серии V. Все они поддерживают дуплексный режим:

• V.26 — скорость передачи 2400 бит/с;

• V.27 — скорость передачи 4800 бит/с;

• V.29 — скорость передачи 9600 бит/с;

• V.32 ter — скорость передачи 19 200 бит/с.

Для выделенного широкополосного канала 60-108 кГц существуют три стан­дарта:

• V.35 — скорость передачи 48 Кбит/с;

• V.36 — скорость передачи 48-72 Кбит/с;

• V.37— скорость передачи 96-168 Кбит/с.

Коррекция ошибок в синхронном режиме работы обычно реализуется по прото­колу HDLC, но допустимы и устаревшие протоколы SDLC и BSC компании IBM. Модемы стандартов V.35, V.36 и V.37 используют для связи с DTE интерфейс V.35.

474 Глава 6 • Глобальные сети

Модемы, работающие в асинхронном и синхронном режимах, являются наиболее универсальными устройствами. Чаще всего они могут работать как по выделен­ным, так и по коммутируемым каналам, обеспечивая дуплексный режим работы. На выделенных каналах они поддерживают в основном 2-проводное окончание и гораздо реже — 4-проводное.

Для асинхронно-синхронных модемов разработан ряд стандартов серии V:

• V.22 — скорость передачи до 1200 бит/с;

• V.22 bis — скорость передачи до 2400 бит/с;

• V.26 ter — скорость передачи до 2400 бит/с;

• V.32 — скорость передачи до 9600 бит/с;

• V.32 bis — скорость передачи 14 400 бит/с;

• V.34 — скорость передачи до 28, 8 Кбит/с;

• V.34+ — скорость передачи до 33, 6 Кбит/с.

Стандарт V.34, принятый летом 1994 года, знаменует новый подход к передаче данных по каналу тональной частоты. Этот стандарт разрабатывался CCITT до­вольно долго — с 1990 года. Большой вклад в его разработку внесла компания Motorola, которая является одним из признанных лидеров этой отрасли. Стандарт V.34 разрабатывался для передачи информации по каналам практически любого качества. Особенностью стандарта являются процедуры динамической адаптации к изменениям характеристик канала во время обмена информацией. Адаптация осуществляется в ходе сеанса связи — без прекращения и без разрыва установлен­ного соединения.

Основное отличие V.34 от предшествующих стандартов заключается в том, что в нем определено 10 процедур, по которым модем после тестирования линии выби­рает свои основные параметры: несущую и полосу пропускания (выбор проводит­ся из 11 комбинаций), фильтры передатчика, оптимальный уровень передачи и другие. Первоначальное соединение модемов проводится по стандарту V.21 на ми­нимальной скорости 300 бит/с, что позволяет работать на самых плохих линиях. Для кодирования данных используются избыточные коды квадратурной ампли­тудной модуляции QAM. Применение адаптивных процедур сразу позволило под­нять скорость передачи данных более чем в 2 раза по сравнению с предыдущим стандартом — V.32 bis.

Принципы адаптивной настройки к параметрам линии были развиты в стан­дарте V.34+, который является усовершенствованным вариантом стандарта V.34. Стандарт V.34+ позволил несколько повысить скорость передачи данных за счет усовершенствования метода кодирования. Один передаваемый кодовый символ несет в новом стандарте в среднем не 8, 4 бита, как в протоколе V.34, a 9, 8. При макси­мальной скорости передачи кодовых символов в 3429 бод (это ограничение пре­одолеть нельзя, так как оно определяется полосой пропускания канала тональной частоты) усовершенствованный метод кодирования дает скорость передачи дан­ных в 33, 6 Кбит/с (3429 х 9, 8 - 33604). Правда, специалисты отмечают, что даже в Америке только 30 % телефонных линий смогут обеспечить такой низкий уровень помех, чтобы модемы V.34+ смогли работать на максимальной скорости. Тем не менее модемы стандарта V.34+ имеют преимущества по сравнению с модемами V.34 даже на зашумленных линиях — они лучше «держат» связь, чем модемы V.34.

6.2. Глобальные связи на основе выделенных линий 475

Протоколы V.34 и V.34+ позволяют работать на 2-проводной выделенной ли­нии в дуплексном режиме. Дуплексный режим передачи в стандартах V.32, V.34, V.34+ обеспечивается не с помощью частотного разделения канала, а с помощью одновременной передачи данных в обоих направлениях. Принимаемый сигнал оп­ределяется вычитанием с помощью сигнальных процессоров (DSP) передаваемого сигнала из общего сигнала в канале. Для этой операции используются также про­цедуры эхо-подавления, так как передаваемый сигнал, отражаясь от ближнего и дальнего концов канала, вносит искажения в общий сигнал (метод передачи дан­ных, описанный в проекте стандарта 802.3ab, определяющего работу технологии Gigabit Ethernet на витой паре категории 5, взял многое из стандартов V.32-V.34+).

На высокой скорости модемы V.32-V.34+ фактически всегда используют в ка­нале связи синхронный режим. При этом они могут работать с DTE как по асинх­ронному интерфейсу, так и по синхронному. В первом случае модем преобразует асинхронные данные в синхронные.

Модемы различаются не только поддерживаемыми протоколами, но и опреде­ленной ориентацией на область применения. Различают профессиональные моде­мы, которые предназначены для работы в модемных пулах корпоративных сетей, и модемы для применения в небольших офисах или на дому.

Профессиональные модемы отличаются высокой надежностью, способностью устойчиво работать в непрерывном режиме и поддержкой средств удаленного цен­трализованного управления. Обычно система управления модемными стойками поставляется отдельно и оправдывает себя в условиях большого предприятия. Стан­дарт V.34 выделяет в общей полосе пропускания линии отдельную полосу для управления модемом по тому же каналу, по которому передаются и пользователь­ские данные.

Типовая структура соединения двух компьютеров или локальных сетей через маршрутизатор с помощью выделенной аналоговой линии приведена на рис. 6.6. В случае 2-проводного окончания (см. рис. 6.6, в) для обеспечения дуплексного режима модем использует трансформаторную развязку. Телефонная сеть благода­ря своей схеме развязки обеспечивает разъединение потоков данных, циркулирую­щих в разных направлениях. При наличии 4-проводного окончания (см. рис. 6.6, б) схема модема упрощается.

476 Глава 6 • Глобальные сети

6.2.2. Цифровые выделенные линии

Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в пер­вичных сетях, построенных на базе коммутационной аппаратуры, работающей на принципах разделения канала во времени — TDM, описанного в главе 2. Существу­ют два поколения технологий цифровых первичных сетей — технология плезио-хронной («плезио» означает «почти», то есть почти синхронной) цифровой иерархии (Plesiochronic Digital Hierarchy, PDH) и более поздняя технология — синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH). В Америке технологии SDH соответствует стандарт SONET.

Технология плезиохронной цифровой иерархии PDH

Цифровая аппаратура мультиплексирования и коммутации была разработана в кон­це 60-х годов компанией AT& T для решения проблемы связи крупных коммута­торов телефонных сетей между собой. Каналы с частотным уплотнением, применяемые до этого на участках АТС-АТС, исчерпали свои возможности по организации высо­коскоростной многоканальной связи по одному кабелю. В технологии FDM для од­новременной передачи данных 12 или 60 абонентских каналов использовалась витая пара, а для повышения скорости связи приходилось прокладывать кабели с боль­шим количеством пар проводов или более дорогие коаксиальные кабели. Кроме того, метод частотного уплотнения высоко чувствителен к различного рода помехам, ко­торые всегда присутствуют в территориальных кабелях, да и высокочастотная несу­щая речи сама создает помехи в приемной аппаратуре, будучи плохо отфильтрована.

Для решения этой задачи была разработана аппаратура Т1, которая позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать (на постоянной основе) данные 24 абонентов. Так как абоненты по-прежнему пользовались обыч­ными телефонными аппаратами, то есть передача голоса шла в аналоговой форме, то мультиплексоры Т1 сами осуществляли оцифровывание голоса с частотой 8000 Гц и кодировали голос с помощью импульсно-кодовой модуляции (Pulse Code Modulation, PCM). В результате каждый абонентский канал образовывал цифро­вой поток данных 64 Кбит/с. Для соединения магистральных АТС каналы Т1 пред­ставляли собой слишком слабые средства мультиплексирования, поэтому в технологии была реализована идея образования каналов с иерархией скоростей. Четыре канала типа Т1 объединяются в канал следующего уровня цифровой иерар­хии — Т2, передающий данные со скоростью 6, 312 Мбит/с, а семь каналов Т2 дают при объединении канал ТЗ, передающий данные со скоростью 44, 736 Мбит/с. Ап­паратура Tl, T2 и ТЗ может взаимодействовать между собой, образуя иерархичес­кую сеть с магистральными и периферийными каналами трех уровней скоростей.

С середины 70-х годов выделенные каналы, построенные на аппаратуре Т1, ста­ли сдаваться телефонными компаниями в аренду на коммерческих условиях, пере­став быть внутренней технологией этих компаний. Сети Т1, а также более скоростные сети Т2 и ТЗ позволяют передавать не только голос, но и любые данные, представ­ленные в цифровой форме, — компьютерные данные, телевизионное изображение, факсы и т. п.

Технология цифровой иерархии была позже стандартизована CCITT. При этом в нее были внесены некоторые изменения, что привело к несовместимости амери­канской и международной версий цифровых сетей. Американская версия распро-

6.2. Глобальные связи на основе выделенных линий 477

странена сегодня кроме США также в Канаде и Японии (с некоторыми различия­ми), а в Европе применяется международный стандарт. Аналогом каналов Т в меж­дународном стандарте являются каналы типа El, E2 и ЕЗ с другими скоростями — соответственно 2, 048 Мбит/с, 8, 488 Мбит/с и 34, 368 Мбит/с. Американский вари­ант технологии также был стандартизован ANSI.

Несмотря на различия американской и международных версий технологии циф­ровой иерархии, для обозначения иерархии скоростей принято использовать одни и те же обозначения — DSn (Digital Signal n). В табл. 6.2 приводятся значения для всех введенных стандартами уровней скоростей обеих технологий.

Таблица 6.2. Иерархия цифровых скоростей

Америка ССГГТ (Европа)

Обозначение Количество Количество Скорость, Количество Количество Скорость,