СЕТИ ЭВМ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ. Министерствообразованияинаукироссийскойфедерации
 Скачать 4.29 Mb.
|
|
LTE (Long Term Evolution) – технология мобильной передачи данных, предназначенная для повышения эффективности, снижения издержек, расширения оказываемых услуг путём интегрирования с существующими протоколами. Скорость передачи данных в соответствии со стандартом может достигать: 173 Мбит/с «вниз» (download) и 58 Мбит/с «вверх» (upload). Радиус действия базовой станции LTE зависит от мощности и используемых частот и составляет около 5 км, а при высоко расположенной антенне может достигать 100 км. Важной проблемой в сетях 4-го поколения является поддержка высокой скорости передачи данных при перемещении мобильных станций с высокими скоростями, учитывая, что скорость передачи данных падает с увеличением скорости перемещения и с удалением от базовой станции. Кроме того, необходимо обеспечить передачу управления мобильной станцией при её переходе с высокой скоростью (например, при движении в автомобиле или в поезде) из одной соты в другую без прерывания передачи данных и потери качества передаваемой информации. Предполагается, что 4G станет единым стандартом, который заменит GSM, CDMA, UMTS и другие стандарты. 2.6.7. Цифровые выделенные линии Цифровые выделенные линии строятся на основе коммутационной аппаратуры, работающей на принципе разделения канала во времени – Time Division Multiplexing (TDM). Основными технологиями передачи данных по цифровым выделенным линиям являются: • плезиохронная (почти синхронная) цифровая иерархия (ПЦИ); • синхронная цифровая иерархия (СЦИ). 2.6.7.1. Плезиохронная цифровая иерархия Плезиохронная цифровая иерархия (Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH) была разработана фирмой AT&T в конце 60-х годов для связи крупных АТС между собой по высокоскоростным соединительным линиям Раздел 2. Средства телекоммуникаций 171 и реализована в виде цифровой аппаратуры мультиплексирования и коммутации, которая получила название Т1 и позволяла в цифровом виде мультиплексировать, передавать и коммутировать данные 24-х абонентов. Схема формирования канала Т1 показана на рис.2.79. Поскольку абоненты пользовались обычными аналоговыми телефонными аппаратами, функции оцифровывания и кодирования голоса на основе ИКМ- преобразования возлагались на мультиплексор (МП). Таким образом, мультиплексор Т1, объединяя 24 речевых каналов со скоростями 64 кбит/с, обеспечивал формирование канала с пропускной способностью 1,544 Мбит/с, который получил название «канал Т1». . Каналы Т1 представляют собой дуплексные цифровые каналы для передачи цифровых сигналов. Первоначально каналы Т1 выполняли роль магистральных каналов телефонной сети, обеспечивающих повышенную пропускную способность. По мере совершенствования цифровой технологии и снижения стоимости каналы Т1 стали использоваться в качестве выделенных или арендуемых каналов. Для подключения узла компьютерной сети к каналу Т1 используется специальное оборудование: • CSU (Channel Service Unit) – устройство обслуживания канала; • DSU (Data Service Unit) – устройство обслуживания данных. CSU реализует фактический интерфейс между каналом Т1 и узлом, поддерживает качество канала, отслеживает соединения и выполняет в канале Т1 роль физической оконечной точки. DSU преобразует сигналы, выполняет синхронизацию, формирует кадры каналов Т1/Е1, усиливает сигнал и осуществляет выравнивание загрузки канала. DSU подключается к CSU и обычно обозначается как одно устройство – DSU/CSU, которое подключается к мостам и маршрутизаторам. Мультиплексор (МП) Т1 ТА ИКМ 64 кбит/с ТА ИКМ 64 кбит/с М у л ьт и п л ек си - р о в ан и е Канал Т1 1,544 Мбит/с 1 24 … 1) оцифровывание с частотой 8000 Гц; 2) ИКМ-преобразование. 2.79 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 172 В дальнейшем была разработана аппаратура мультиплексирования цифровых потоков более высокого уровня, которая получила обозначения Т2, Т3 и Т4 и позволила сформировать иерархию скоростей передачи данных по каналам, обозначаемым аналогичным образом: • канал Т2 с пропускной способностью 6,312 Мбит/с получен путём мультиплексирования 4-х каналов Т1; • канал Т3 с пропускной способностью 44,736 Мбит/с получен путём мультиплексирования 7-и каналов Т2; • канал Т4 с пропускной способностью 274,176 Мбит/с получен путём мультиплексирования 6-и каналов Т3. Схема формирования каналов Т2-Т4 представлена на рис.2.80. В Европе применяется отличающийся от американского международный стандарт, использующий следующие обозначения каналов: • канал Е1 с пропускной способностью 2,048 Мбит/с, полученной в результате мультиплексирования 30 речевых каналов; • канал Е2 с пропускной способностью 8,488 Мбит/с, полученной в результате мультиплексирования 4-х каналов Е1; • канал Е3 с пропускной способностью 34,368 Мбит/с, полученной в результате мультиплексирования 4-х каналов Е2; • канал Е1 с пропускной способностью 139,264 Мбит/с, полученной в результате мультиплексирования 4-х каналов Е3. Скорости (пропускные способности) каналов Тi и Еi обозначаются в виде DS-n (Digital Signal): • DS-0: 1 речевой канал с пропускной способностью 64 кбит/с; • DS-1: канал Т1/Е1 (1,544 Мбит/с / 2,048 Мбит/с); • DS-2: канал Т2/Е2 (6,312 Мбит/с / 8,488 Мбит/с); • DS-3: канал Т3/Е3 (44,736 Мбит/с / 34,368 Мбит/с); • DS-4: канал Т4/Е4 (274,176 Мбит/с / 139,264 Мбит/с). На практике в основном используются каналы Т1/Е1 и Т3/Е3. На рис.2.81 показаны форматы кадров Т1 (DS-1) и Т2 (DS-2). Кадр Т1 (рис.2.84,а) объединяет 24 речевых каналов, в каждом из которых передаётся 1 байт, и бит синхронизации S. Длина кадра составляет: 24*8+1=193 бит. Кадры передаются 8000 раз в секунду. Тогда скорость передачи данных: 193 бит*8000= =1,544 Мбит/с. 1 2 3 4 Канал Т1 1,544 Мбит/с Канал Т2 6,312 Мбит/с Канал Т3 44,736 Мбит/с Канал Т4 274,176 Мбит/с 7 1 6 1 2.80 МП Т2 МП Т3 МП Т4 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 173 Кадр Т2 (рис.2.84,б) объединяет 4 кадра Т1, которые разделены служебным полем С, обеспечивающим в том числе синхронизацию. Аналогично, кадр Т3 объединяет 7 кадров Т2, а кадр Т4 – 6 кадров Т3. Физический уровень PDH поддерживает: • витую пару; • коаксиальный кабель; • волоконно-оптический кабель. Последние два типа кабеля используются для каналов Т3/Е3. Недостатки PDH: • сложность мультиплексирования и демультиплексирования; • отсутствие развитых встроенных процедур контроля и управления сетью, а также процедур поддержки отказоустойчивости; • невысокие по современным меркам скорости передачи данных: 139 Мбит/с для Е4, в то время как ВОК позволяет реализовать десятки Гбит/с и более. 2.6.7.2. Синхронная цифровая иерархия Синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) первоначально появилась в США под названием SONET – Synchronous Optical NETs (стандарт принят в 1984 году). Европейский стандарт SDH описан в спецификациях G.707 - G.709. SDH и SONET полностью совместимы. Цель разработки SDH – создание универсальной технологии для передачи трафика цифровых каналов Т1/Е1 и Т3/Е3 и обеспечение иерархии скоростей до нескольких Гбит/с на основе ВОК. Обозначение уровней иерархии: • в SDH: STM-n (Synchronous Transport Module); • в SONET: STS-n (Synchronous Transport Signal) – при передаче электрическим сигналом; ОС-n (Optical Carrier) – при передаче данных световым лучом по ВОК. Форматы кадров STS и OC – идентичны. Иерархия скоростей технологий SDH и SONET представлена в табл.2.4. Структура сети SDH показана на рис.2.82. В состав SDH входят следующие устройства: • терминальные устройства (Т) – сервисные адаптеры (Service Adapter, SA); • мультиплексоры (МП); 1 2 3 … 24 S Кадр Т1 С Кадр Т1 С … а) кадр Т1 б) кадр Т2 2.81 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 174 • мультиплексоры ввода-вывода (МПВВ); принимают и передают транзитом поток STS-n, вставляя или удаляя без полного демультиплексирования пользовательские данные; • регенераторы (Р); • цифровые кросс-коннекторы для коммутации высокоскоростных потоков данных. Таблица 2.4 SDH SONET Скорость STS OC - STS-1 OC-1 51,840 Мбит/с STM-1 STS-3 OC-3 155,520 Мбит/с STM-3 STS-9 OC-9 466,560 Мбит/с STM-4 STS-12 OC-12 622,080 Мбит/с STM-6 STS-18 OC-18 933,120 Мбит/с STM-8 STS-24 OC-24 1,244 Гбит/с STM-12 STS-36 OC-36 1,866 Гбит/с STM-16 STS-48 OS-48 2,488 Гбит/с STM-64 STS-192 OS-64 9,953 Гбит/с STM-256 STS-768 OS-256 39,81 Гбит/с Стек протоколов SDH содержит 4 уровня (рис.2.83). 1. Физический уровень (Photonic). Кодирование методом NRZ (модуляция света). 2. Уровень секции (Section). Секция – непрерывный отрезок ВОК между двумя устройствами. Проводит тестирование секции и поддерживает операции административного контроля. 3. Уровень линии (Line). Отвечает за передачу данных между МП. Протокол этого уровня выполняет операции мультиплексирования и демультиплексирования, а также вставки и удаления пользовательских данных. 4. Уровень тракта (Path). Отвечает за доставку данных между конечными пользователями. Тракт – составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол принимает и преобразовывает данные из Тi/Ei в STS-n. Т Т МП Р МП ВВ Р Т Т … … Т Т … STS-1 STS-1 STS-n Т1 Т3 Е1 Е3 2.82 МП Раздел 2. Средства телекоммуникаций 175 На рис.2.84 представлен формат кадра STS-1 в виде матрицы размером 9 на 90 байт, содержащей: • заголовок секции – для контроля и реконфигурации секции; • заголовок линии – для реконфигурации, контроля и управления линией; • заголовок пути – указывает местоположение виртуальных контейнеров в кадре. Виртуальный контейнер (ВК) – это подкадры, которые переносят потоки данных с более низкими скоростями, чем STS-1 (51,84 Мбит/с), т.е. которые вкладываются в кадр STS-1, как это показано на рис.2.87. В качестве таких виртуальных контейнеров могут выступать, например, АТМ-ячейки, кадры Т1/Е1 и т.д. С учётом того, что кадр STS-1 размером 90*9=810 байт передаётся 8000 раз в секунду, получим: 810[байт]*8[бит]*8000[с -1 ]=51,840 Мбит/с. Таким образом, SDH – это основанная на волоконно-оптических каналах интегрированная сеть связи, позволяющая передавать все виды трафика и обеспечивающая: Загол. секции Загол. линии З аг о л о в о к п у ти 90 байт 3 байта 1 байт 3 б ай та 9 б ай т ВК1 ВК2 … 2.84 Свет Path Line Section Photonic Тракт Линия Секция Физ.ур. Секция Физ.ур. Линия Секция Физ.ур. Данные Блоки STS-n Кадры Данные Т Р МП Т Данные 2.83 Раздел 2. Средства телекоммуникаций 176 • использование синхронной передачи с побайтовым чередовании при мультиплексировании; • использование стандартного периода повторения кадров в 125 мкс; • включение в иерархию большого числа уровней; • использование технологии компоновки (инкапсуляции) протоколов в виде виртуальных контейнеров, их упаковки и транспортировки, позволяющие загружать и переносить в них кадры PDH. Раздел 3. Локальные вычислительные сети 177 Раздел 3. ЛОКАЛЬНЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СЕТИ Локальная вычислительная сеть (ЛВС, локальная сеть / Local Area Network, LAN) – компьютерная сеть, обеспечивающая передачу данных на небольшие расстояния (от нескольких десятков метров до нескольких километров) со скоростью, как правило, не менее 1 Мбит/с. Примеры ЛВС: Ethernet, Token Ring, FDDI. 3.1. Принципы организации ЛВС 3.1.1. Характерные особенности ЛВС 1. Территориальный охват – от нескольких десятков метров до нескольких километров. 2. Соединяет обычно персональные компьютеры и другое электронное офисное оборудование, позволяя пользователям обмениваться информацией и совместно эффективно использовать общие ресурсы, например, принтеры, модемы и устройства для хранения данных. 3. Интерфейс – последовательный. 4. Отсутствует АПД, так как сигналы передаются в "естественной" цифровой форме. 5. В качестве устройства сопряжения ЭВМ со средой передачи используется достаточно простое устройство – сетевой адаптер. 6. Простые типовые топологии: "общая шина", "кольцо", "звезда". 7. Отсутствует маршрутизация (3-й уровень модели OSI). 8. Высокая скорость передачи данных, как правило, более 1 Мбит/с. 9. Сравнительно небольшие затраты на построение сети. Перечисленные особенности обусловливают основные достоинства ЛВС, заключающиеся в простоте сетевого оборудования и организации кабельной системы и, как следствие, в простоте эксплуатации сети. 3.1.2. Состав ЛВС В общем случае ЛВС включает в себя: • множество ЭВМ, обычно персональных компьютеров (ПК), называемых рабочими станциями; • сетевые адаптеры, представляющие собой электронную плату для сопряжения ПК со средствами коммуникации; • среду передачи (магистраль), представляющую собой совокупность средств коммуникаций (коммуникационная сеть, сеть связи), объединяющая все ПК в единую вычислительную сеть кабельной системой или радиосвязью. Сетевые адаптеры (СА) (платы, карты) предназначены для сопряжения ПК со средствами коммуникации с учетом принятых в данной сети правилами обмена информацией. Перечень функций, возлагаемых на СА, зависит от конкретной сети и, в общем случае, может быть разбит на две группы: Раздел 3. Локальные вычислительные сети 178 1) магистральные (канальные) функции, обеспечивающие сопряжение адаптера с ПК и сетевой магистралью; 2) сетевые функции, обеспечивающие передачу данных в сети и реализующие принятый в сети протокол обмена. К магистральным функциям СА относятся: 1) электрическое буферирование сигналов магистрали; 2) распознавание (дешифрация) собственного адреса на магистрали; 3) обработка стробов обмена на магистрали и выработка внутренних управляющих сигналов. К сетевымфункциям САотносятся: 1) гальваническая развязка ПК и средств коммуникации (отсутствует в случае оптоволоконной и беспроводной связи); 2) преобразование уровней сигналов при передаче и приёме данных; 3) кодирование сигналов при передаче и декодирование при приёме (отсутствует при использовании кода NRZ); 4) распознавание своего кадра при приёме; 5) преобразование кода: параллельного в последовательный при передаче и последовательного в параллельный при приёме; 6) буферирование передаваемых и принимаемых данных в буферной памяти СА; 7) проведение арбитража обмена по сети (контроль состояния сети, разрешение конфликтов и т.д.); 8) подсчет контрольной суммы кадра при передаче и приёме. Первые четыре функции всегда реализуются аппаратно, остальные могут быть реализованы программно, что естественно снижает скорость обмена. Алгоритм функционирования СА при передаче кадров содержит следующих этапы (при приёме – обратная последовательность). 1. Передача данных. Данные передаются из ОЗУ ПК в буферную память СА (из буферной памяти СА в ОЗУ ПК при приёме) через программируемый канал ввода/вывода, канал прямого доступа к памяти или разделяемую память. 2. Буферизация. Необходима для хранения данных во время обработки в СА и обеспечения согласования между собой скоростей передачи и обработки информации различными компонентами ЛВС. 3. Формирование кадра (сообщения): • сообщение разделяется на кадры при передаче (кадры объединяются в сообщение при приёме); • к кадру добавляются (удаляются при приёме) заголовок и концевик. 4. Доступ к кабелю. Проверяется возможность передачи кадра в линию связи: для Ethernet проверяется незанятость линии связи, для Token Ring – наличие маркера. При приёме кадра этот этап отсутствует. Раздел 3. Локальные вычислительные сети 179 5. Преобразование данных из параллельной формы в последовательную при передаче и из последовательной формы в параллельную при приёме. 6. Кодирование/декодирование данных. Формируются электрические сигналы, используемые для представления данных. 7. Передача/прием импульсов. Закодированные электрические импульсы передаются в линию связи (при приеме принимаются из линии связи и направляются на декодирование). Кроме этих этапов при приеме СА вместе с программным обеспечением ПК распознают и обрабатывают ошибки, возникающие из- за электрических помех, конфликтов в сетях со случайным доступом или из-за плохой работы оборудования. |