Глобальные связи на основе выделенных линии

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.

 

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, 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 к низкую скорость передачи данных — до 1200 бит/с. Так, модемы, работающие по стандарту V.23, могут обеспечивать скорость 1200 бит/с на 4-проводной выделен­ий 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 не 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.3.4 V.36 и V.37 испоьзуют для связи с DTT интерфейс V.35

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, а 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 * 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

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 дальнего концов канала, вносит искажения в общий сигнал (метод передачи данных, описанный в проекте стандарта 802.3аб, 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, а) 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.

 

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 плезиохронной («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 Tl, ста­ли сдаваться телефонными компаниями в аренду на коммерческих условиях, пере­став быть внутренней технологией этих компаний. Сети Tl, а также более скоростные сети T2 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 распро­странена 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	ССГТТ (Европа)
| Обозначение, скорости	Количество голосовых	Количество каналов	Скорость, Мбит/с	Количество голосовых	Количество каналов	Скорость, Мбит/с
	каналов	предыдущего		каналов	предыдущего
		уровня			уровня
^DS^-0	^1	^1	^64 Кбит/с	^1	^1	^64 Кбит/с
^DS^-1	^24	^24	^1,544	^30	^30	^2,048
^DS-2	^96	^4	^6,312	^120	^4	^8,488
^DS^-3	^672	^7	^44,736	^480	^4	^34,368
^DS^-4	^4032	^6	^274,176	^1920	^4	^139,264

 

На практике в основном используются каналы Т1/Е1 и ТЗ/ЕЗ.

Мультиплексор Tl обеспечивает передачу данных 24-х абонентов со скоростью 1,544 Мбит/с в кадре, имеющем достаточно простой формат. В этом кадре последовательно передается по одному байту каждого абонента, а после 24-х байт вставляется один бит синхронизации. Первоначально устройства Tl (которые дали имя также и всей технологии, работающей на скорости 1,544 Мбит/с) работали только |на внутренних тактовых генераторах, и каждый кадр с помощью битов синхронизации мог передаваться асинхронно. Аппаратура Tl, а также более скоростная аппаратура T2 и ТЗ за долгие годы существования претерпела значительные изменения. Сегодня мультиплексоры и коммутаторы первичной сети работают на централизованной тактовой частоте, распределяемой из одной точки всей сети. Однако принцип формирования кадра остался, поэтому биты синхронизации в кадре по-прежнему присутствуют. Суммарная скорость пользовательских каналов составляет 24 * 64 = 1,536 Мбит/с, а еще 8 Кбит/с добавляют биты синхронизации. В аппаратуре Tl назначение восьмого бита каждого байта в кадре разное и зависит от типа передаваемых данных и поколения аппаратуры. При передаче голоса в сетях Tl все 24 канала являются абонентскими, поэтому управляющая и контрольная информация передается восьмым (наименее знача-1м) битом замеров голоса. В ранних версиях сетей Tl служебным был 8-й бит |каждого байта кадра, поэтому реальная скорость передачи пользовательских дан­ных составляла 56 Кбит/с (обычно восьмой бит отводился под такие служебные данные, как номер вызываемого телефонного абонента, сигнал занятости линии, сигнал снятия трубки и т. п.). Затем технология была улучшена и для служебных целей стали использовать только каждый шестой кадр. Таким образом, в пяти кадpax из шести пользовательские данные представлены всеми восемью битами, а в шестом — только семью.

При передаче компьютерных данных канал Т1 предоставляет для пользова­тельских данных только 23 канала, а 24-й канал отводится для служебных целей, в основном — для восстановления искаженных кадров. Для одновременной передачи как голосовых, так и компьютерных данных используются все 24 канала, причем компьютерные данные передаются со скоростью 56 Кбит/с. Техника использова­ния восьмого бита для служебных целей получила название «кражи бита» (bit robbing).

При мультиплексирования 4-х каналов Т1 в один канал Т2 между кадрами DS-1 по-прежнему используется один бит синхронизации, а кадры DS-2 (которые состоят из 4-х последовательных кадров DS-1) разделяются 12 служебными бита­ми, которые предназначены не только для разделения кадров, но и для их синхронизации. Соответственно, кадры DS-3 состоят из 7 кадров DS-2, разделенных служебными битами.

Международная версия этой технологии описана в стандартах G.700-G.706. Она более логична, так как не использует схему «кражи бита». Кроме того, она основа­на на постоянном коэффициенте кратности скорости 4 при переходе к следующе­му уровню иерархии. Вместо восьмого бита в канале Е1 на служебные цели отводятся 2 байта из 32. Для голосовых каналов или каналов данных остается 30 каналов со скоростью передачи 64 Кбит/с каждый.

Пользователь может арендовать несколько каналов 64 Кбит/с (56 Кбит/с) в канале Т1/Е1. Такой канал называется «дробным» (fractional) каналом Т1/Е1. В этом случае пользователю отводится несколько тайм-слотов работы мультиплексора.

Физический уровень технологии PDH поддерживает различные виды кабелей:

витую пару, коаксиальный кабель и волоконно-оптический кабель. Основным ва­риантом абонентского доступа к каналам Т1/Е1 является кабель из двух витых пар с разъемами RJ-48. Две пары требуются для организации дуплексного режима передачи данных со скоростью 1,544/2,048 Мбит/с. Для представления сигналов используется: в каналах Т1 биполярный потенциальный код B8ZS, в каналах El — биполярный потенциальный код HDB3. Для усиления сигнала на линиях Т1 через каждые 1800 м (одна миля) устанавливаются регенераторы и аппаратура контроля линии.

Коаксиальный кабель благодаря своей широкой полосе пропускания поддерживает канал Т2/Е2 или 4 канала Т1/Е1. Для работы каналов ТЗ/ЕЗ обычно ис­пользуется либо коаксиальный кабель, либо волоконно-оптический кабель, либо каналы СВЧ.

Физический уровень международного варианта технологии определяется стан­дартом G.703, названием которого обозначается тип интерфейса маршрутизатора или моста, подключаемого к каналу Е1. Американский вариант интерфейса носит название Т1.

Как американский, так и международный варианты технологии PDH обладают несколькими недостатками.

Одним из основных недостатков является сложность операций мультиплексирования и демультиплексирования пользовательских данных. Сам термин «плезиохронный», используемый для этой технологии, говорит о причине такого явления — отсутствии полной синхронности потоков данных при объединении низкоскорост­ных каналов в более высокоскоростные. Изначально асинхронный подход к пере­даче кадров породил вставку бита или нескольких бит синхронизации между кад­рами. В результате для извлечения пользовательских данных из объединенного 1 канала необходимо полностью демультиплексировать кадры этого объединенного канала. Например, если требуется получить данные одного абонентского канала 64 Кбит/с из кадров канала ТЗ, необходимо произвести демультиплексирование этих кадров до уровня кадров Т2, затем — до уровня кадров Т1, а затем демульти­плексировать и сами кадры Т1. Для преодоления этого недостатка в сетях PDH реализуют некоторые дополнительные приемы, уменьшающие количество операций демультиплексирования при извлечения пользовательских данных из высокоскоростных каналов. Например, одним из таких приемов является «обратная доставка» (back hauling). Пусть коммутатор 1 канала ТЗ принимает поток данных, состоящий из 672 пользовательских каналов, при этом он должен передать данные одного из этих каналов пользователю, подключенному к низкоскоростному выхо­ду коммутатора, а весь остальной поток данных направить транзитом через другие коммутаторы в некоторый конечный демультиплексор2, где поток ТЗ полностью демультиплексируется на каналы 64 Кбит/с. Для экономии коммутатор 1 не вы­полняет операцию демультиплексирования своего потока, а получает данные своего пользователя только при их «обратном проходе», когда конечный демультиплексор выполнит операцию разбора кадров и вернет данные одного из каналов коммутатору 1. Естественно, такие сложные взаимоотношения коммутаторов усложняют работу сети, требуют ее тонкого конфигурирования, что ведет к большому объему ручной работы и ошибкам.

Другим существенным недостатком технологии PDH является отсутствие раз­витых встроенных процедур контроля и управления сетью. Служебные биты дают мало информации о состоянии канала, не позволяют его конфигурировать и т. п. Нет в технологии и процедур поддержки отказоустойчивости, которые очень по­лезны для первичных сетей, на основе которых строятся ответственные междуго­родные и международные сети. В современных сетях управлению уделяется большое внимание, причем считается, что управляющие процедуры желательно встраивать в основной протокол передачи данных сети.

Третий недостаток состоит в слишком низких по современным понятиям скоростях иерархии PDH. Волоконно-оптические кабели позволяют передавать данные со скоростями в несколько гигабит в секунду по одному волокну, что обеспечивает консолидацию в одном кабеле десятков тысяч пользовательских каналов, но это свойство технология PDH не реализует — ее иерархия скоростей заканчивается уровнем 139 Мбит/с.

Все эти недостатки устранены в новой технологии первичных цифровых сетей, получившей название синхронной цифровой иерархии — Synchronous Digital Hierarchy, SDH.

Технология синхронной цифровой иерархии SONET/SDH.

Технология синхронной цифровой иерархии первоначально была разработана ком­панией Bellcore под названием «Синхронные оптические сети» — Synchronous Optical NETs, SONET. Первый вариант стандарта появился в 1984 году. Затем эта техноло­гия была стандартизована комитетом Tl ANSI. Международная стандартизация технологии проходила под эгидой Европейского института телекоммуникацион­ных стандартов (ETSI) и CCITT совместно с ANSI и ведущими телекоммуникационными компаниями Америки, Европы и Японии. Основной целью разработчиков международного стандарта было создание такой технологии, которая позволяла бы передавать трафик всех существующих цифровых каналов (как американских Т1 - ТЗ, так и европейских Е1 - ЕЗ) в рамках высокоскоростной магистральной сети на волоконно-оптических кабелях и обеспечила бы иерархию скоростей, продол­жающую иерархию технологии PDH, до скорости в несколько гигабит в секунду.

В результате длительной работы удалось разработать международный стандарт Synchronous Digital Hierarchy, SDH (спецификации G.707-G.709), а также дорабо­тать стандарты SONET таким образом, что аппаратура и стеки SDH и SONET стали совместимыми и могут мультиплексировать входные потоки практически любого стандарта PDH — как американского, так и европейского. В терминологии и начальной скорости технологии SDH и SONET остались расхождения, но это не мешает совместимости аппаратуре разных производителей, а технология SONET/ SDH фактически стала считаться единой технологией. В России применяются стандарты и адаптированная терминология SDH.

Иерархия скоростей при обмене данными между аппаратурой SONET/SDH, которую поддерживает технология SONET/SDH, представлена в табл. 6.3.

 

Таблица 6.3. Скорости технологии SONET/SDH

 

В стандарте SDH все уровни скоростей (и, соответственно, форматы кадров для этих уровней) имеют общее название: STM-n — Synchronous Transport Module level n. В технологии SONET существуют два обозначения для уровней скоростей: STS-n — Synchronous Transport Signal level n, употребляемое при передаче данных электри­ческим сигналом, и ОС-n — Optical Carrier level n, употребляемое при передаче данных световым лучом по волоконно-оптическому кабелю. Форматы кадров STS и ОС идентичны.

Как видно из таблицы, стандарт SONET начинается со скорости 51,84 Мбит/с, а стандарт SDH — со скорости 155,52 Мбит/с, равной утроенной начальной скорости SONET. Международный стандарт определил начальную скорость иерархии в 155,52 Мбит/с, чтобы сохранялась стройность и преемственность технологии SDH с технологией PDH — в этом случае канал SDH может передавать данные уровня DS-4, скорость которых равна 139,264 Мбит/с. Любая скорость технологии SONET/ SDH кратна скорости STS-1. Некоторая избыточность скорости 155,52 Мбит/с для передачи данных уровня DS-4 объясняется большими накладными расходами на служебные заголовки кадров SONET/SDH.

Кадры данных технологий SONET и SDH, называемые также циклами, по форматам совпадают, естественно начиная с общего уровня STS-3/STS-1. Эти кадры

обладают весьма большой избыточностью, так как передают большое количество служебной информации, которая нужна для:

- обеспечения гибкой схемы мультиплексирования потоков данных разных ско­ростей, позволяющих вставлять (add) и извлекать (drop) пользовательскую информацию любого уровня скорости, не демультиплексируя весь поток;

- обеспечения отказоустойчивости сети;

- поддержки операций контроля и управления на уровне протокола сети;

- синхронизации кадров в случае небольшого отклонения частот двух сопрягаемых сетей.

Стек протоколов и основные структурные элементы сети SONET/SDH показаны на рис. 6.7.

 

Ниже перечислены устройства, которые могут входить в сеть технологии SONET/SDH.

Терминальные устройства (Terminal, Т), называемые также сервисными адаптерами (Service Adapter, SA), принимают пользовательские данные от низкоскоростных каналов технологии PDH (типа Т1/Е1 или ТЗ/ЕЗ) и преобразуют их в кадры STS-n. (Далее аббревиатура STS-n используется как общее обозначение

Г для кадров SONET/SDH.)

Мультиплексоры (Muliplexers) принимают данные от терминальных устройств и мультиплексируют потоки кадров разных скоростей STS-n в кадры более высокой иерархии STS-m.

Мультиплексоры “ввода-вывода” (Add-Drop Multiplexers) могут принимать и пе­редавать транзитом поток определенной скорости STS-n, вставляя или удаляя «на ходу», без полного демультиплексирования, пользовательские данные, при­нимаемые с низкоскоростных входов.

Цифровые кросс-коннекторы (Digital Cross-Connect, DCC), называемые также аппа­ратурой оперативного переключения (АОП), предназначены для мультиплексирования и постоянной коммутации высокоскоростных потоков STS-n различного уровня между собой (на рис. 6.7 не показаны). Кросс-коннектор представляет собой разновидность мультиплексора, основное назначение которого - комму­тация высокоскоростных потоков данных, возможно, разной скорости. Кросс-коннекторы образуют магистраль сети SONET/SDH.

Регенераторы сигналов, используемые для восстановления мощности и формы сигналов, прошедших значительное расстояние по кабелю. На практике иногда сложно провести четкую грань между описанными устрой­ствами, так как многие производители выпускают многофункциональные устрой­ства, которые включают терминальные модули, модули «ввода-вывода», а также модули кросс-коннекторов.

Стек протоколов состоит из протоколов 4-х уровней.

Физический уровень, названный в стандарте фотонным (photonic), имеет дело с кодированием бит информации с помощью модуляции света. Для кодирования сигнала применяется метод NRZ (благодаря внешней тактовой частоте его пло­хие самосинхронизирующие свойства недостатком не являются).

Уровень секции (section) поддерживает физическую целостность сети. Секцией в технологии называется каждый непрерывный отрезок волоконно-оптического кабеля, который соединяет пару устройств SONET/SDH между собой, напри­мер мультиплексор и регенератор. Протокол секции имеет дело с кадрами и на основе служебной информации кадра может проводить тестирование секции и поддерживать операции административного контроля. В заголовке протокола секции имеются байты, образующие звуковой канал 64 Кбит/с, а также канал передачи данных управления сетью со скоростью 192 Кбит/с. Заголовок сек­ции всегда начинается с двух байт 11110110 00101000, которые являются фла­гами начала кадра. Следующий байт определяет уровень кадра: STS-1, STS-2 и т. д. За каждым типом кадра закреплен определенный идентификатор.

Уровень линии (line) отвечает за передачу данных между двумя мультиплексора­ми сети. Протокол этого уровня работает с кадрами разных уровней STS-n для выполнения различных операций мультиплексирования и демультиплексиро­вания, а также вставки и удаления пользовательских данных. Таким образом, линией называется поток кадров одного уровня между двумя мультиплексора­ми. Протокол линии также ответственен за проведения операций реконфигурирования линии в случае отказа какого-либо ее элемента — оптического волокна, порта или соседнего мультиплексора.

Уровень тракта (path — путь) отвечает за доставку данных между двумя конеч­ными пользователями сети. Тракт (путь) — это составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол тракта должен принять данные, поступаю­щие в пользовательском формате, например формате Т1, и преобразовать их в синхронные кадры STS-n/STM-ш.

Как видно из рис. 6.7, регенераторы работают только с протоколами двух ниж­них уровней, отвечая за качество сигнала и поддержания операций тестирования и управления сетью. Мультиплексоры работают с протоколами трех нижних уров­ней, выполняя, кроме функций регенерации сигнала и реконфигурации секций, функцию мультиплексирования кадров STS-n разных уровней. Кросс-коннектор представляет собой пример мультиплексора, который поддерживает протоколы трех уровней. И наконец, функции всех четырех уровней выполняют терминалы, а так­же мультиплексоры «ввода-вывода», то есть устройства, работающие с пользова­тельскими потоками данных.

Формат кадра STS-1 представлен на рис. 6.8. Кадры технологии SONET/SDH принято представлять в виде матрицы, состоящей из п строк и m столбцов. Такое представление хорошо отражает структуру кадра со своего рода подкадрами, назы-ваемыми виртуальными контейнерами (Virtual Container, VC — термин SDH) или виртуальными притоками (Virtual Tributaries, VT — термин SONET). Виртуальные контейнеры — это подкадры, которые переносят потоки данных, скорости которых ниже, чем начальная скорость технологии SONET/SDH в 51,84 Мбит/с I (например, поток данных Т1 со скоростью 1,544 Мбит/с).

Кадр STS-1 состоит из 9 строк и 90 столбцов, то есть из 810 байт данных. Между устройствами сети кадр передается последовательно по байтам — сначала первая строка слева направо, затем вторая и т. д. Первые 3 байта каждой строки представляют собой служебные заголовки. Первые 3 строки представляют собой заголовок из 9 байт протокола уровня секции и содержат данные, необходимые для контроля и реконфигурации секции. Остальные 6 строк составляют заголовок протокола линии, который используется для реконфигурации, контроля и управления линией. Устройства сети SONET/SDH, которые работают с кадрами, имеют достаточный буфер для размещения в нем всех байт кадра, протекающих синхронно через устройство, поэтому устройство для анализа информации на некоторое время имеет полный доступ ко всем частям кадра. Таким образом, размещение служебной информации в несмежных байтах не представляет сложности для обработки кадра.

Еще один столбец представляет собой заголовок протокола пути. Он используется для указания местоположения виртуальных контейнеров внутри кадра, если кадр переносит низкоскоростные данные пользовательских каналов типа Т1/Е1. Местоположение виртуальных контейнеров задается не жестко, а с помощью системы указателей (pointers).

Концепция указателей является ключевой в технологии SONET/SDH. Указатель призван обеспечить синхронную передачу байт кадров с асинхронным харак­тером вставляемых и удаляемых пользовательских данных.

Указатели используются на разных уровнях. Рассмотрим, как с помощью указателя выполняется выделение поля данных кадра из синхронного потока байт. Несмотря на питание всех устройств сети SONET/SDH тактовой частотой синхронизации из одного центрального источника, синхронизация между различными сетями может незначительно нарушаться. Для компенсации этого эффекта началу поля данных кадра (называемого в стандарте SPE — Synchronous Payload Environment) разреша­ется смещаться относительно начала кадра произвольным образом. Реальное начало поля SPE задается указателем HI, размещенным в заголовке протокола линии. Каж­дый узел, поддерживающий протокол линии, обязан следить за частотой поступаю­щих данных и компенсировать ее несовпадение с собственной частотой за с