Э. Таненбаум, Д. Уэзеролл - Компьютерные сети (1114668), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Шифрование необходимо для безопасности, если только одиндом должен быть в состоянии расшифровать сигнал. Во входящем направлении оп-2.6. Коммутируемая телефонная сеть общего пользования 173тические объединители сливают сигналы из зданий в единственный сигнал, которыйполучает оконечная станция.Эту архитектуру называют PON (Passive Optical Network — пассивная оптическая сеть), она показана на рис. 2.32.
Обычно всеми зданиями совместно используетсяодна длина волны для исходящей передачи и другая для входящей.Даже с разделением огромная пропускная способность и низкое ослабление волокна означают, что PON может предоставить пользователям высокие скорости нарасстояниях до 20 км. Фактические скорости передачи данных и другие детали зависятот типа пассивной сети.
Распространены два вида. Сети GPON (Гигабитные PON)пришли из мира телекоммуникаций, поэтому они определены стандартом ITU. СетиEPON (Ethernet PON) больше соответствуют миру сетей, они определены стандартомIEEE. Оба вида имеют скорость около гигабита и могут перенести трафик для различных сервисов, включая Интернет, видео и голос.
Например, GPON предоставляют2,4 Гбит/с исходящего и 1,2 или 2,4 Гбит/с входящего потока.Рис. 2.32. Пассивная оптическая сеть для Волокна до домаДля того чтобы несколько зданий могли совместно использовать пропускнуюспособность единственного волокна оконечной станции необходим некий протокол.В исходящем направлении это легко. Оконечная станция, может послать сообщенияв каждый дом в любом порядке, в котором захочет. В обратном направлении, однако, сообщения из различных зданий нельзя послать в одно время, иначе различныесигналы столкнутся.
Здания также не могут услышать передачи друг друга, такимобразом, они не могут слушать перед передачей. Решение состоит в том, что оборудование в зданиях запрашивает и получает время, когда оно может использоватьоборудование оконечной станции. Чтобы эта система заработала, используется процесс ранжирования, позволяющий настроить время передачи так, чтобы все сигналы,полученные в оконечной станции, были синхронизированы. Этот способ подобенкабельным модемам, которые мы рассмотрим позже в этой главе. Для получения дополнительной информации о будущем пассивных оптоволоконных сетей см.
работу(Grobe и Elbers, 2008).2.6.4. Магистрали и мультиплексированиеМагистрали в телефонной сети не только намного быстрее, чем местные линии, ониотличаются в двух других отношениях. Ядро телефонной сети переносит цифровуюинформацию, а не аналоговую; то есть биты, не голос. Это требует преобразования174 Глава 2. Физический уровеньв оконечной станции к цифровой форме для передачи по магистралям на большиерасстояния.
Магистрали переносят тысячи, даже миллионы звонков одновременно.Это совместное использование важно для достижения экономии за счет роста производства, так расходы на установку и поддержку магистрали высокой пропускнойспособности и магистрали низкой пропускной способности (между двумя коммутаторами) практически одинакова. Это достигается с помощью частотного и временногомультиплексирования.Ниже мы кратко исследуем как голосовые сигналы оцифрованы так, чтобы онимогли быть транспортированы телефонной сетью. После этого мы увидим, как используется временное мультиплексирование, чтобы перенести биты на магистраль,включая систему TDM, используемую для волоконной оптики (SONET). Затем мыобратимся к FDM, поскольку она применяется в волоконной оптике, где называетсямультиплексированием разделения длины волны.Оцифровка голосовых сигналовНа ранних этапах развития телефонной сети ядро обрабатывало голосовые вызовыкак аналоговую информацию.
Методы FDM много лет применялись для мультиплексирования голосовых 4000 Гц (3100 Гц плюс защитная полоса) каналов в большиеи еще бо´льшие блоки. Например, 12 звонков в диапазоне от 60 до 108 кГц известныкак группа, а пять групп (в общей сложности 60 звонков) известны как супергруппа и т. д. Эти методы FDM все еще используются для некоторых медных проводови микроволновых каналов. Однако FDM требует аналоговой схемы и не поддаетсятому, чтобы быть реализованным компьютером. TDM, напротив, может быть обработан полностью цифровой электроникой, таким образом, этот вид уплотнения сталнамного более широко распространенным в последние годы. Так как TDM может использоваться только для цифровых данных, а местные линии производят аналоговыесигналы, необходимо преобразование из аналогового в цифровой сигнал в оконечнойстанции, куда приходят все отдельные местные линии, чтобы быть объединеннымина исходящие магистрали.Аналоговые сигналы оцифровываются в оконечной станции конца устройством,названным кодеком (сокращение для «кодер-декодера»).
Кодер-декодер делает8000 отсчетов в секунду (125 мкс/отсчет), потому что теорема Найквиста говорит,что этого достаточно, чтобы получить всю информацию от телефонного канала с полосой пропускания 4 кГц. При более низкой скорости осуществления выборки былабы потеряна информация; при более высокой не была бы получена никакая дополнительная информация. Каждый отсчет амплитуды сигнала квантуется к 8-битовомучислу.Этот метод называют PCM (Pulse Code Modulation, импульсно-кодовая модуляция).
Она образует сердце современной телефонной сети. Как следствие, фактическивсе временные интервалы в пределах телефонной сети — числа, кратные 125 мкс.Стандартная несжатая скорость передачи данных для телефонного звонка, таким образом, составляет 8 бит на каждые 125 мкс, или 64 Кбит/с.В другом конце звонка аналоговый сигнал восстанавливается из квантованныхобразцов, проигрывая и сглаживая их по времени. Результат не будет точно таким2.6. Коммутируемая телефонная сеть общего пользования 175же, как оригинальный аналоговый сигнал, даже если мы действовали на скоростиНайквиста, потому что образцы квантовались.
Чтобы уменьшить ошибку из-за квантизации, уровни квантизации расположены с неравными интервалами. Используетсялогарифмическая шкала, что дает относительно больше битов меньшим амплитудамсигнала и относительно меньше битов бо´льшим амплитудам сигнала. Таким образом,ошибка пропорциональна амплитуде сигнала.Широко используются две версии квантизации: μ-закон (μ-law), используемыйв Северной Америке и Японии, и A-закон (A-law), используемый в Европе и остальной части мира.
Обе версии определены в стандарте ITU G.711. Представьте, чтодинамический диапазон сигнала (или отношение между самыми большими и самымималенькими значениями) сжимается прежде, чем сигнал будет (равномерно) квантоваться, и затем расширяется, когда аналоговый сигнал воссоздается. По этой причинеданный способ называют компандированием (companding). Также возможно сжатьотсчеты после того, как они оцифрованы, так чтобы они потребовали намного меньше,чем 64 Кбит/с.
Однако мы оставим эту тему до того момента, когда будем исследоватьаудиоприложения, такие как IP-телефония.Мультиплексирование с разделением времениМультиплексирование с разделением времени, основанное на импульсно-кодовой модуляции, используется, чтобы передать несколько голосовых вызовов по магистралям,посылая выборку из каждого звонка каждые 125 мкс. Когда цифровая передача сталареальностью, ITU (CCITT) был неспособен достигнуть соглашения по международному стандарту для импульсно-кодовой модуляции.
В результате в разных странахиспользуется множество несовместимых схем.Методом, используемым в Северной Америке и Японии, является канал T1, форматкадра которого изображен на рис. 2.33. (Технически говоря, формат называется DS1,а канал называется T1, но мы не будем делать здесь это тонкое различие, следуя широко распространенной промышленной традиции.) Линия T1 состоит из 24 голосовыхканалов, мультиплексированных вместе. Каждый из этих 24 каналов, в свою очередь,вставляет в выходной поток 8 бит.Рис. 2.33.
Канал T1 (1,544 Мбит/с)176 Глава 2. Физический уровеньКадр состоит из 24 × 8 = 192 бита плюс один дополнительный бит в целях управления, итого 193 бита каждые 125 мкс. В результате это дает огромную суммарнуюскорость передачи данных в 1,544 Мбит/с. 193-й бит используется для синхронизации кадров и сигналов. В одном варианте 193-й бит используется после группы из 24кадров и называется расширенный суперфрейм. Шесть битов, в 4-й, 8-й, 12-й, 16-й,20-й и 24-й позиции, взятые из образца 001011 . . .
Обычно приемник постоянно проверяет этот образец, чтобы убедиться, не потерял ли он синхронизацию. Если это вдругпроисходит, то приемник сканирует принятые данные, отыскивая кадровый бит и сего помощью восстанавливая синхронизацию. Еще 6 битов используются для того,чтобы послать код проверки ошибок, чтобы помочь приемнику подтвердить, что онсинхронизирован. Если он теряет синхронизацию, приемник может просмотреть наобразец и подтвердить код проверки ошибок, чтобы повторно синхронизироваться.Оставшиеся 12 бит используются для получения информации для управления и поддержки сети, такой как выполнение сообщений от удаленного конца.У формата T1 есть несколько разновидностей. Более ранние версии послалисигнальную информацию в полосе, то есть в том же самом канале, что и данные, используя некоторые из битов данных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
