Глобальные сети с коммутацией каналов

Сегодня для построения глобальных связей доступны сети с коммутацией каналов двух типов - традиционные аналоговые телефонные сети и цифровые сети. Достоинством сетей с коммутацией каналов является их масовая распространенность, что характерно особенно для аналоговых телефонных сетей. Известным недостатком аналоговых телефонных сетей является низкое качество составного канала, которое объясняется использованием телефонных коммутаторов устаревших моделей, работающих по принципу частотного уплотнения каналов (FDM-технологии). На такие коммутаторы сильно воздействуют внешние помехи (например, грозовые разряды или работающие электродвигатели), которые трудно отличить от полезного сигнала. Правда, в аналоговых телефонных сетях все чаще используются цифровые АТС, которые между собой передают голос в цифровой форме. Аналоговым в таких сетях остается только абонентское окончание. Чем больше цифровых АТС в телефонной сети, тем выше качество канала, однако до полного вытеснения АТС, работающих по принципу FDM-коммутации, в нашей стране еще далеко. Кроме качества каналов, аналоговые телефонные сети также обладают таким недостатком, как большое время установления соединения, особенно при импульсном способе набора номера, характерного для нашей страны.

Телефонные сети, полностью построенные на цифровых коммутаторах, свободны от многих недостатков традиционных аналоговых телефонных сетей. Они предоставляют пользователям высококачественные линии связи. Однако даже при качественных каналах связи, которые могут обеспечить сети с коммутацией каналов, для построения корпоративных глобальных связей эти сети могут оказаться экономически неэффективными. Так как в таких сетях пользователи платят не за объем переданного трафика, а за время соединения, то при трафике с большими пульсациями и, соответственно, большими паузами между пакетами оплата идет во многом не за передачу, а за ее отсутствие. Это прямое следствие плохой приспособленности метода коммутации каналов для соединения компьютеров. Тем не менее, при подключении массовых абонентов к глобальной сети, например сотрудников предприятия, работающих дома, телефонная сеть оказывается единственным подходящим видом глобальной службы из соображений доступности и стоимости (при небольшом времени связи удаленного сотрудника с глобальной сетью).

Глобальные сети с коммутацией пакетов

Эти сети появились недавно, и они всегда работают поверх сети с коммутацией каналов. Надо отметить, что в 80-е годы для надежного объединения локальных сетей и крупных компьютеров в глобальную сеть использовалась практически одна технология глобальных сетей с коммутацией пакетов. Сегодня выбор стал гораздо шире, но мы поговорим об этом позже. Итак, мы с вами определились, что такое глобальная сеть, какими методами организуется построение глобальных сетей, какие существуют типы глобальных сетей. Теперь поговорим подробнее о каждом из типов глобальных сетей. При этом не будем забывать, что нашей целью является обзорное знакомство, на самом деле, детальное изучение технологий о которых мы будем говорить и в этом, и в следующем уроке требует намного больше времени.

Глобальные сети на основе выделенных линий

Итак, на данный момент мы с вами уже определились, что значит - выделенная линия, предлагаю еще раз уточнить.

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 аналоговых выделенных линиях для постоянной коммутации абонентов используется коммутационная аппаратура FDM, в цифровых выделенных линиях - аппаратура 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 коммутационного оборудования - модемов, которые использует пользователь канала. Модем собственно и устанавливает нужный ему протокол физического уровня для канала.

На цифровых выделенных линиях протокол физического уровня уже зафиксирован (метод кодирования данных в цифровых сетях уже заранее задан). Протоколы, которые используются на канальном уровне и аналоговых, и цифровых выделенных каналов, мы рассмотрим ниже. А пока поговорим о каждом из этих типов выделенных линий отдельно.

Аналоговые выделенные линии

Аналоговые линии в свою очередь также распределяют на несколько типов. Их классифицируют по нескольким признакам. Самый первый и "наглядный" признак классификации - конструктивное исполнение. Выделенные аналоговые каналы могут выполняться с 4-проводным или 2-проводным окончанием. Надо отметить, что на каналах с 4-проводным окончанием организация полнодуплексной связи, естественно, выполняется более простыми способами. Другой признак, который разделяет аналоговые линии на две группы, - наличие промежуточной аппаратуры коммутации и усиления или ее отсутствие. Если аналоговые выделенные линии проходят через дополнительное оборудование частотного уплотнения - FDM-коммутаторы, мультиплексоры, которые могут располагаться, например, на АТС - то их называют нагруженными.

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, в свою очередь, 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. То есть линии без промежуточной аппаратуры. Они могут кроссироваться, но при этом не проходят через аппаратуру частотного уплотнения. Часто такие линии используются для связи между только 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 никакого имеют отношения к глобальным сетям, ведь их можно использовать при протяженности максимум в несколько километров. 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.

Для передачи данных по выделенным нагруженным аналоговым линиям используются модемы, работающие на основе методов аналоговой модуляции сигнала, которые для нас немного знакомы из предыдущих уроков. Как и всякое оборудование, модемы работают согласно определенным стандартам. Протоколы и стандарты модемов делятся на три группы:

· стандарты, определяющие скорость передачи данных и метод кодирования;

· стандарты исправления ошибок;

· стандарты сжатия данных.

Все стандарты определены в специальной рекомендации европейских стандартов CCITT серии V. Надо отметить, что 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. Учитывая возможный режим 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, которые работают только в асинхронном режиме, обычно поддерживают низкую скорость передачи данных - до 1200 бит/с. Они могут подключаться к 2-х или 4-х проводным аналоговым выделенным линиям. Дуплексный режим на 2-проводном окончании обеспечивается частотным разделением канала. Асинхронные модемы представляют самый дешевый вид модемов, так как им не требуются высокоточные схемы синхронизации сигналов. 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.

Как мы уже говорили в аренду можно взять либо выделенные каналы тональной частоты, либо выделенные широкополосные каналы, в зависимости от необходимых требований. Для выделенного канала тональной частоты с 4-проводным окончанием разработано достаточно много стандартов для модемов 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 с полосой пропускания 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.

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 также 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.

Стандартов много, и все они различаются не только скоростью передачи, режимом работы, но и другими особенностями. Во всех случаях, разработчики стремились к возможности разработки таких модемов, которые могли бы работать на каналах любого качества. В сравнительно недавно появившемся стандарте V.34 (принятом летом 1994 года), эту особенность смогли реализовать. Его особенностью стало наличие специальных процедур динамической адаптации к изменениям характеристик канала во время обмена информацией. Адаптация осуществляется в ходе сеанса связи - без прекращения и без разрыва установленного соединения. В отличие от остальных стандартов, этот стандарт поддерживает специальные процедуры, по которым модем, после тестирования линии выбирает свои основные параметры: несущую и полосу пропускания, оптимальный уровень передачи и т.п.

Усовершенствованная стандарт V.34+, как вы заметили, позволил повысить скорость до 33,6 Кбит/с (это удалось достигнуть за счет усовершенствования метода кодирования). Хотя специалисты отмечают, что даже в Америке только 30% телефонных линий смогут обеспечить такой низкий уровень помех, чтобы модемы V.34+ могли работать на максимальной скорости. Но, тем не менее, модемы стандарта V.34+ работают лучше на зашумленных линиях (они лучше "держат" связь), чем модемы V.34. Стандарты 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. Это удалось реализовать с помощью специальных процессоров, которые называются сигнальными (DSP). Принимаемый сигнал определяется вычитанием передаваемого сигнала из общего сигнала в канале. На высокой скорости модемы V.32 - V.34+ фактически всегда используют в канале связи синхронный режим. При этом с самими компьютерами (или с другими устройствами DTE, к которым они подключены) они могут работать как в асинхронном, так и в синхронном режимах. Надо сказать, что 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.

Приведем типовую структуру соединения двух компьютеров или локальных сетей с помощью выделенной аналоговой линии (см. рисунок 21.11).

Рисунок 21.11 – Соединения двух локальных сетей с помощью выделенной аналоговой линии

Если внимательно рассмотреть рисунок, то можно определить, что в случае 2-проводного окончания 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 схема модема упрощается.

Итак, это, в общем, то, что мы хотели отметить об аналоговых выделенных линиях. В заключении хочется отметить, что на данное время наблюдается картина, когда аналоговые линии как выделенные линии для глобальных сетей, уже "отмирают". Поскольку они имеют много недостатков. Как мы уже сказали, аналоговые выделенные линии используют метод частотного уплотнения. Очень существенный недостаток этого метода высокая чувствительность к различного рода помехам, которые всегда присутствуют в территориальных кабелях. Для "восстановления" формы сигнала в таких линиях при передаче на длительные расстояния приходится использовать дополнительную промежуточную аппаратуру. Кроме этого, каналы с частотным уплотнением, которые применяются на участках АТС-АТС, не могут уже обеспечивать необходимые на данный момент возможности по организации высокоскоростной многоканальной связи по одному кабелю. Технология FDM для одновременной передачи данных 12 или 60 абонентских каналов использует витую пару. Повышение скорости связи предполагает прокладку кабелей с большим количеством пар проводов или более дорогих коаксиальных кабелей. В общем, ситуация привела к тому, что на первый план вышли цифровые выделенные линии.

О том, почему цифровая форма передача данных по дальним каналам связи, лучше чем аналоговая, мы уже не раз с вами отмечали. Давайте теперь познакомимся, какие технологии и оборудование используются для организации глобальных сетей на цифровых выделенных линиях. Сразу хочу предупредить, что тут мы столкнемся с большим количеством специализированных терминов, к которым придется привыкнуть.