Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Эти условия удалили огромноепрепятствие для многих людей, делая их намного более склонными сменить местнуютелекоммуникационную компанию. В результате телекоммуникационный ландшафтСША вновь подвергся значительной реструктуризации. Этому примеру снова последовали многие страны. Часто так и происходит: мировое сообщество наблюдает заэкспериментами, проводящимися в Соединенных Штатах, и если их результаты оказываются положительными, то многие страны перенимают опыт. Если же результатыоставляют желать лучшего, то каждая страна пробует сделать что-то свое.2.6.3. Местные линии связи: модемы, ADSL,беспроводная связьПришло время вплотную заняться изучением принципов работы телефонной системы.Начнем с той части телефонной системы, с которой большинство людей знакомоочень хорошо.
Итак, имеется двухпроводная линия, идущая от оконечной телефоннойстанции в дома и небольшие организации. Эта часть называется иногда последнеймилей, хотя длина местной линии на местности может составлять и несколько миль.На этом отрезке вот уже более 100 лет используется аналоговая связь, и похоже, чтов ближайшие несколько лет ситуация не изменится (из-за высокой стоимости перехода на цифровые линии).Много усилий было предпринято по сжатию сети передачи данных из медныхпроводов местных сетей, которые уже существуют. Телефонные модемы посылаютцифровые данные между компьютерами по узкому каналу, который телефонная сетьпредусматривает для голосового вызова.
Они когда-то широко использовались, нобыли в значительной степени замещены широкополосными технологиями, такими какADSL, которые тоже используют местную сеть, чтобы послать цифровые данные отклиента до оконечной станции, где они выходят в Интернет. И модемы и ADSL должны иметь дело с ограничениями старых местных сетей: относительно узкая пропускнаяспособность, ослабление и искажение сигналов и восприимчивость к электрическомушуму, такому как перекрестные наводки.В некоторых местах местная линия была модернизирована с помощью оптоволокна. За оптоволокном будущее. Такие линии поддерживают компьютерные сетиизначально.
Ограничивающий фактор — деньги. Вопрос только в том, готовы ли людиплатить за дополнительные возможности.В данном разделе мы рассмотрим как традиционный подход к построению местныхлиний, так и новые тенденции, наблюдающиеся в этой области. Мы обсудим телефонные модемы, ADSL, оптоволоконное подключение.166 Глава 2. Физический уровеньМодемыЧтобы послать биты по местной линии связи или любому другому физическому каналу, с этой целью они должны быть преобразованы в аналоговые сигналы, которыемогут быть переданы по каналу.
Это преобразование достигается с использованиемметодов для цифровой модуляции, которую мы изучили в предыдущем разделе. В другом конце канала аналоговый сигнал преобразуется обратно в биты.Устройство, принимающее последовательный поток битов и преобразующее егов выходной сигнал, модулируемый одним или несколькими из приведенных способов,а также выполняющий обратное преобразование, называется модемом (сокращениеот «модулятор-демодулятор»). Существуют различные разновидности модемов: телефонные модемы, модемы DSL, кабельные модемы, беспроводные модемы и т. д.
Модем может быть встроен в компьютер (это теперь обычная практика для телефонныхмодемов) или быть отдельным устройством (что типично для DSL и кабельных модемов). Логически, модем вставлен между (цифровым) компьютером и (аналоговой)телефонной линией, как видно на рис. 2.28.Рис. 2.28.
Одновременное использование аналоговой и цифровой связи для соединениякомпьютеров. Преобразования осуществляются модемами и кодекамиМодем используется для пересылки битов между компьютерами по речевой (аналоговой) телефонной линии, вместо разговора. Основная трудность при этом состоитв том, что речевая телефонная линия ограничена 3100 Гц, чего достаточно, чтобы передать разговор.
Эта пропускная способность — на четыре порядка величины меньше,чем пропускная способность, которая используется для Ethernet или 802.11 (WiFi).Неудивительно, скорости передачи данных телефонных модемов также на четырепорядка величины меньше чем у Ethernet и 802.11.Давайте посчитаем, почему так происходит. Теорема Найквиста утверждает, чтодаже при наличии идеального канала с частотой 3000 Гц (каковым телефонная линияне является) невозможно передавать отсчеты сигнала чаще, чем с частотой 6000 Гц.На практике большинство модемов делают 2400 отсчетов в секунду, или 2400 бод,стремятся к повышению числа бит на отсчет, допуская одновременный двустороннийтрафик (используя для разных направлений разные частоты).Скромный модем со скоростью 2400 бод использует 0 вольт для передачи логического ноля и 1 вольт для передачи логической единицы, с одним битом на символ.Одно улучшение — можно использовать 4 разных символа, как в четырех фазах QPSK,тогда при двух битах на символ будет достигнута битовая скорость 4800 бит/с.2.6.
Коммутируемая телефонная сеть общего пользования 167С развитием технологии был достигнут большой прогресс и высокие скорости.Большие скорости требовали больший набор символов или совокупность. При большом количестве символов даже слабый шум при детектировании амплитуды илифазы может привести к ошибке. Для уменьшения этой вероятности были разработаныстандарты, подразумевающие включение в состав каждого отсчета несколько дополнительных битов коррекции.
Такие схемы называются решетчатым кодированием,или TCM (Trellis-Coded Modulation). (Ungerboeck, 1987.)Так, например, стандарт V.32 имеет 32 точки на диаграмме для передачи 4 битданных и один контрольный бит на символ для линии 2400 бод, что позволяет достигнуть скорости 9600 бит/с с коррекцией ошибок. Следующим шагом после скорости9600 бит/с стала скорость 14 400 бит/с. Новый стандарт был назван V.32 bis и передает6 бит данных и один контрольный бит на отсчет при частоте дискретизации 2400 бод.Совокупность имела теперь уже тысячи символов. Последние модемы этой сериибыли сделаны в соответствии со стандартом V.34 bis и использовали 14 бит/символпри 2400 бод, за счет чего была достигнута скорость 33 600 бит/с.Почему это предел? Скорость модемов ограничена 33 600 бит/с в связи с тем, чтоограничение Шеннона определяет для телефонных линий максимум в 35 Кбит/с длясредней длины местных соединений и качества линий.
Дальнейшее ускорение невозможно в силу законов термодинамики.Однако есть способ улучшить ситуацию. На оконечной станции телефонной компании данные для передачи по телефонной сети преобразуются в цифровую форму(ядро телефонной сети преобразовано из аналогового в цифровое уже давно). Дляситуации, когда есть две местные линии связи, по одной в каждом конце, предел —35 Кбит/с.
Каждая из них добавляет шум к сигналу. Если бы мы могли избавиться отодной из этих местных линий, мы увеличили бы ОТНОШЕНИЕ СИГНАЛ/ШУМ, имаксимальная скорость была бы удвоена.Данный подход был реализован в модемах на 56 Кбит/с. Одна сторона как правило,провайдер, получает высококачественную цифровую передачу от ближайшей оконечнойстанции. Когда хотя бы на одном конце соединения отсутствует «последняя миля» (а большинство провайдеров сейчас уже пользуются только цифровыми каналами), максимальная скорость передачи повышается до 70 Кбит/с.
Если же соединение устанавливаетсямежду двумя обычными пользователями, каждый из которых передает данные по аналоговой местной линии с помощью модема, максимальная скорость ограничена 33,6 Кбит/с.Причина, по которой используются модемы со скоростью 56 Кбит/с (а не70 Кбит/с), связана с теоремой Найквиста. По телефонной линии передаются цифровые отсчеты.Телефонная линия имеет полосу пропускания около 4000 Гц (включая защитныеполосы). Таким образом, максимальное число отсчетов в секунду, необходимых чтобывосстановить сигнал, — 8000.
Число бит на отсчет, используемое в США, равно 8, причем 1 бит является контрольным, что позволяет передавать пользовательские данныес битовой скоростью 56 000 бит/с. В Европе все 8 бит являются информационными,поэтому, в принципе, максимальная скорость может достигать 64 000 бит/с, однакомеждународным соглашением установлено ограничение в 56 000 бит/с.В результате появились стандарты модемов V.90 и V.92. Они предоставляютпользователю возможность передачи данных в сторону провайдера со скоростью168 Глава 2. Физический уровень33,6 Кбит/с и 48 Кбит/с, а в обратную сторону — со скоростью 56 Кбит/с.
Причинойтакой асимметрии является тот факт, что трафик от абонента обычно во много разменьше трафика от провайдера. Из этого также следует, что большая часть полосыможет быть выделена под поток данных от провайдера, тем самым увеличивая егошанс работать действительно со скоростью 56 Кбит/с.Цифровые абонентские линииКогда скорость связи по телефонным линиям достигла значения 56 Кбит/с, создалосьвпечатление, что развитие на этом остановится.
Между тем, каналы кабельного телевидения стали предлагать своим абонентам 10 Мбит/с при работе по общему кабелю.Доступ к Интернету стал неотъемлемой частью бизнеса этих компаний, и телефонныекомпании (прежде всего, уровня ���������������������������������������������LEC������������������������������������������) поняли, что необходимы более конкурентоспособные системы. Для этого нужно было предоставить цифровые услуги конечнымпользователям, используя местные линии.Вскоре появилось множество предложений, носящих общее название xDSL (Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия), где вместо буквы x могли стоятьдругие буквы.
Системы, использующие каналы с расширенной пропускной способностью, иногда называют широкополосными сетями, хотя такой термин являетсяскорее коммерческим, а не техническим. Ниже мы обсудим самую популярную в этойобласти — ADSL (Asymmetric DSL — асимметричная DSL). Мы будем использоватьтермины DSL и xDSL для краткого обозначения для всех разновидностей.Причиной, по которой модемы являются такими медленными устройствами, является то, что телефонные линии, по которым они традиционно работали, были изобретены для передачи человеческой речи и вся система была направлена на оптимизациюименно в этом аспекте.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
