Лекция 2 (Лекции по системам передачи данных)

Лекция 2 PDH (продолжение)-

Перечисленные в таблице стандарты цифровой передачи (DS0-DS4) реализуются в системе физических носителей. В Северной Америке общепринятой считается система Т-каналов, а в Европе – система Е-каналов Выделенные линии, предоставляемые этими системами, обозначаются буквой "Т" и буквой «Е» соответственно. Например, реализованная на канале Т-типа выделенная линия, которая подчиняется стандарту DS-1, известна как Т1. Эта важная особенность часто упускается из виду. В результате термины DSn и Тn/Еn (где п — это целое число) часто используются некорректно как взаимозаменяемые понятия. Эти термины не являются взаимозаменяемыми! DSn обозначает стандарт, а Тn/Еn — канал, соответствующий этому стандарту.

Рассмотрим принцип кодирования и формирования кадров в PDH на примере T-канала.

Система Т-канала в качестве линейного кода использует код AMI –альтернативное инвертирование логических единиц.

Хотя это кодирование решило проблему разделения последовательных логических единиц, но все же остается опасность потери синхронизации после передачи последовательности логических нулей. Чтобы учесть этот недостаток, в системе Т-канала реализован протокол под названием правило одинарной плотности (Ones Density Rule), которое гласит, что последовательно может быть передано не более 15 нулей. Для внедрения этого правила разработали методику, которая заменяет последовательность из восьми нулей на заранее заданную маску. Эта маска называется словом, а рассмотренная методика — методом биполярной замены 8 нулей (Bipolar Eight Zero Substitution — B8ZS).

Конечно, существует какая-то вероятность того, что зарезервированная случайная последовательность из восьми бит для замены восьми нулей может встретиться в потоке данных, в результате чего вместо передаваемых полезных данных могут быть подставлены нули. Поэтому чтобы каким-то образом различать слова с полезными данными и бессмысленные слова, заменившие последовательности нулей, решили изменять порядок чередования знаков напряжения, соответствующих логическим единицам. Таким образом, передача двух последовательных положительных импульсов свидетельствует о начале "бессмысленного" слова. Эта ситуация проиллюстрирована на рисунке

Метод B8ZS используется для синхронизации в каналах Т-1. Он поддерживается модулями CSU/DSU на каждом конце выделенной линии.

Два последовательных положительных импульса соответствуют началу "бессмысленного " слова.

Форматы кадровой синхронизации

Система Т-канала признает три определенных алгоритма формирования кадра, а именно:

• Формат D-4

• Формат формирования расширенных суперкадров (extended superframe — ESF)

• Формат М1-3

Формат D-4

Самым распространенным алгоритмом формирования кадров для линий Т-1 является формат D-4. Согласно этой методике перед каждым 24 октетом данных устанавливается синхронизующий бит (24 — это количество 8-битных каналов, поддерживаемых Т-1). Таким образом, один кадр D-4 содержит:

• 1 бит синхронизующего сигнала

• 192 бита поля данных

В 192 бита поля данных входит по одному октету с каждой линии Т-1. (8х24). Из битов синхронизации составляется специальная 12-битовая маска, которую называют сигналом выравнивания кадра (frame alignment signal). После передачи каждых 12 кадров этот сигнал генерируется заново, позволяя устройствам на обоих концах соединения определить изменение статуса линии. Группа из 12 кадров формата D4 называется суперкадром.

Формат кадра D-4

Формат формирования суперкадров-ESF

Протокол ESF разработали для дальнейшего улучшения функциональной эффективности линий Т-1. Суть этой доработки состоит в увеличении размера суперкадра с 12 кадров до 24 при в сокращении количества бит синхронизации, используемых в формате D-4 (если для суперкадра формата D-4 требуется 24 синхронизующих бита, для ESF — только шесть). Теперь только каждый четвертый кадр размером 193 бита имеет синхронизующий бит – всего шесть, шесть бит используется для коррекции ошибок, а оставшиеся 12 — для текущего контроля за состоянием сети. При этом текущий контроль не влияет на работу сети, поскольку не создает избыточного потока служебной информации.

Формат М1-3

В линиях Т-3 используется совершенно другая методика формирования кадра под названием М1-3. Это условное обозначение непосредственно связано с функционированием методики: она уплотняет (мультиплексирует) каналы DS-1 в канал DS-3. Математически 28 каналов DS-1 имеют суммарную пропускную способность 43.232 Мбит/с, что соответствует пропускной способности 44.736 Мбит/с канала DS-3 плюс еще небольшая полоса пропускания для выравнивания кадров, определения ошибок и синхронизации.

Кадр протокола М1-3 состоит из 4760 бит, из которых 4704 бит предназначены для передачи данных, а оставшиеся 56 бит используются для коррекции ошибок и синхронизации.

Т-технология и модель 0SI

Линии Т-типа непосредственно взаимодействуют с первыми тремя уровнями (физическим, канальным и сетевым) модели OSI. С остальными уровнями взаимодействует аппаратное и программное обеспечение сети пользователя.

Физический уровень

Физический уровень модели OSI формулирует требования к аппаратному обеспечению, проводке, разъемам и другим электрическим и физическим характеристикам сетевого соединения. Если говорить об установленном по линии Т-типа соединении, эти требования распространяются на проводку и устройства обслуживания канала и данных (channel service unit / data service unit - CSU/DSU), которые завершают соединение на физическом и электрическом уровне и отслеживают физическое состояние линии.

Канальный уровень

Канальный уровень модели OSI поддерживает соединение и осуществляет коррекцию ошибок. В Т-системах функции канального уровня выполняют протоколы формирования кадров (будь то D-4, ESF или М1-3).

Сетевой уровень

В модели OSI сетевой уровень определяет процедуры обмена данными между сетью и пользователями. В Т-системах простейшие функции маршрутизации выполняют протоколы формирования кадров, а за генерацию и распознавание электрических сигналов отвечают устройства CSU/DSU.

Проводка и аппаратные средства Т-1

С распространением цифровых выделенных линий соответствующее аппаратное обеспечение становилось все проще и проще. К настоящему времени ассортимент категорий необходимого для подключения к цифровой службе оборудования сократился до проводки, обслуживающих модулей, мультиплексоров и банков, а также терминальных устройств.

Проводка и соединения

В идеальном случае линии Т-типа используют в качестве физической среды передачи экранированные кабели из витых пар, обладающие низкой емкостью. Многие компании пытаются (и небезуспешно) использовать существующую телефонную проводку из витых пар. Подобное использование телефонной проводки возможно только после самого тщательного тестирования и определения уровня шума в линии.

Стандартная линия Т-1 состоит из двух витых пар медного провода. Одна пара передает данные абоненту, другая — от абонента. Такие соединения обычно оканчиваются разъемами RJ48.

Несмотря на то, что без усиления аналоговый сигнал может быть передан на расстояние до 5400 метров, технология Т-1 требует отсутствия шума в линии. В результате через каждые 1800 метров устанавливаются ретрансляторы, которые не усиливают сигнал, а просто "дублируют" его в следующий сегмент линии.

Развернуть линию Т-3 на витых парах просто невозможно. Спецификации линий Т-1 и Т-3 допускают использование альтернативных физических сред передачи данных, в том числе коаксиальных кабелей, волоконно-оптических кабелей, инфракрасных и сверхвысокочастотных кабелей. В таблице перечислены характеристики различных типов сред передачи.

Таблица: Пропускная способность различных сред передачи.

Среда Пропускная способность

Витая пара Не более одной линии Т-1

Коаксиальный кабель До четырех линий Т-1

Волоконно-оптический кабель До двадцати четырех линий Т-3

Обслуживающие модули

Модуль обслуживания канала - CSU

Модуль CSU выполняет несколько функций:

• Завершает соединение с телефонной компанией на физическом и электрическом уровне.

• Отвечает за преобразование цифровых данных в электрические сигналы. Алгоритм изменения порядка чередования импульсов и алгоритм B8ZS реализованы именно на уровне устройства обслуживания канала.

• В соответствии с протоколом D4 или ESF формирует кадры, осуществляет коррекцию ошибок и отслеживает состояние линии.

Модуль обслуживания данных - DSU

Основная функция модуля DSU — преобразование стандартного униполярного сигнала мультиплексора в биполярный сигнал. Модуль обслуживания данных отвечает также за синхронизацию сигналов.

В большинстве случаев функции модулей DSU и CSU выполняет одно устройство, которое так и называется — модуль CSU/DSU.

Мультиплексор

Мультиплексор (multiplexer) собирает данные различных устройств и формирует из них информативный сигнал. Самые первые мультиплексоры назывались банками каналов (channel bank). Банк каналов располагал аппаратным интерфейсом для каждого канала DS0 линии Т-1. Такая фиксированная конфигурация ограничила область применения банков каналов: даже если абоненту было достаточно пропускной способности 9.6 Кбит/с (например, для устаревшего модема 9600 бод), банк каналов выделял для передачи сигнала весь канал с пропускной способностью 64 Кбит/с.

Современные мультиплексоры в состоянии как агрегировать каналы с целью создания линии с пропускной способностью более 64 Кбит/с, так и выделять в канале полосы пропускания менее 64 Кбит/с. Мультиплексоры распознают большую часть терминального оборудования и могут быть настроены с помощью соответствующего программного обеспечения. Более того, мультиплексоры иногда выполняют процедуру импульсно-кодовой модуляции данных для аналоговых устройств.

Маршрутизаторы/Мосты

Довольно часто возникает необходимость мультиплексировать несколько источников сигнала. Без так называемого терминального оборудования (terminal equipment), которое выступает в роли интерфейса пользователя с сетью, это невозможно. К терминальному оборудованию относятся:

• сетевые маршрутизаторы,

• системы видеоконференций,

• офисные АТС и т.д.

Чаще всего к линии Т-типа подключается сетевой мост или маршрутизатор. Мост устанавливает соединение между двумя разнотипными сетями, осуществляя для этого необходимое преобразование протоколов. В большинстве случаев мосты устанавливают соединение между модулем CSU/DSU и локальной сетью Ethernet.

Почти все мосты между линиями Т-1 и локальными сетями Ethernet выполняют некоторые функции маршрутизации. В процессе маршрутизации (routing), которая является более сложной версией процедуры ретрансляции (bridging), содержимое каждого пакета анализируется с целью определения его адресата в локальной сети или на линии Т-1. На рынке сейчас предлагаются модели мостов T-1-Ethemet, которые в состоянии маршрутизировать пакеты различных протоколов.

Конкретный поддерживаемый протокол зависит от типа сетей, между которыми устанавливается соединение. Если объединяются две сети AppleTalk, маршрутизатор должен поддерживать соответствующий протокол. Аналогично, если необходимо установить соединение между двумя сетями Novell, маршрутизатор должен поддерживать протокол IPX. Для подключения локальной сети к Internet маршрутизатор должен поддерживать протокол TCP/IP.

Маршрутизаторы обычно имеют один последовательный порт, к которому подключается модуль CSU/DSU, и разъемы RJ45, к которым подключаются устройства локальной сети Ethernet. Некоторые изготовители, например, компания Cisco, предлагают маршрутизаторы с интегрированным модулем CSU/DSU. Такие устройства позволяют с минимальными усилиями подключить локальную сеть к линии Т-1.