Э. Таненбаум - Компьютерные сети. (4-е издание) (DJVU) (1130092), страница 42
Текст из файла (страница 42)
162 Глава 2. Физический уровень Для дальнейшего повышения скорости необходимо было прибегать к всяческим уловкам. Так, например, многие модемы используют предварительное сжатие данных, что позволяет превысить порог эффективной скорости передачи данных, составляющий ЗЗ 600 бит/с. С другой стороны, почти все модемы прослушивают линию перед началом передачи, и если обнаруживается, что ее качество недостаточно высоко, то они автоматически понижают скорость относительно своего максимума. Таким образом, эффективная скорость модема при его работе в реальных условиях может оказаться как ниже, так и выше официально заявленной.
Все современные модемы позволяют передавать данные одновременно в обоих направлениях (используя разные частотные диапазоны для каждого из направлений). Соединения, обладающие такой возможностью, называются дуплексными. Скажем, двухпутная железная дорога, по которой поезда могут перемещаться во встречных направлениях, является своеобразной дуплексной линии связи. Соединение с возможностью поочередной передачи данных в каждом из направлений называется полудуплексным. Примером полудуплексной линии является однопутная железная дорога. Наконец, соединение, при котором данные можно отправлять только в одном направлении, называется симплексным. Примером может служить дорога с односторонним движением.
Еще один пример — оптоволокно с лазером на одном конце и фотоприемником на другом. Ограничение скорости телефонных линий тридцатью пятью килобитами в секунду, обоснованное Шенноном, заставило разработчиков модемов остановиться на скорости 33600 бит/с. Дальнейшее ускорение невозможно в силу законов термодинамики. Чтобы узнать, могут ли на самом деле модемы работать со скоростью 56 Кбит/с, следите внимательно за дальнейшими рассуждениями. Чем объясняется теоретический предел в 35 Кбит/с? Эта связано, прежде всего, со средней протяженностью местных линий связи и их качеством. Да, число 35 Кбит/с определяется длиной местных линий. На рис. 2.19 вызов, инициированный компьютером, находящимся слева, идет к Провайдеру 1 по двум местным линиям связи и имеет при этом форму аналогового сигнала.
Первый раз это случается на стороне отправителя, второй раз — рядом с получателем. И там, и там на сигнал накладываются шумы. Если нам удастся избавиться какпм-то образом от этих двух «последних мильь, то лгаксимальную скорость можно будет удвоить. Именно эту идею использует Провайдер 2 (рис. 2.19). К нему от ближайшей оконечной телефонной станции протянута полностью цифровая линия. Сигналу, снимаемому с магистральной линии, не приходится иметь дело с кодеками, модемами, АЦП и ЦАП. Когда хотя бы на одном конце соединения отсутствует «последняя миля» (а большинство провайдеров сейчас уже пользуются только цифровымп каналами), максимальная скорость передачи повышается до 70 Кбит/с. Если же соединение устанавливается между двумя обычными пользователями, каждый из которых передает данные по аналоговой местной линии с помощью модема, максимальная скорость ограничена ЗЗ 600 бит/с.
Причина, по которой используются модемы со скоростью 56 Кбит/с, связана с теоремой Найквиста. Телефонная линия имеет полосу пропускания около Коммутируемая телефонная сеть общего пользования 168 4000 Гц (включая защитные полосы). Таким образом, максимальное число независимых отсчетов в секунду — 8000. Число бит на отсчет, используемое в США равно 8, причем 1 бит является контрольным, что позволяет передавать пользовательские данные с битовой скоростью 56 000 бит/с. В Европе все 8 бит являются информационными, поэтому, в принципе, максимальная скорость может достигать 64 000 бит/с, однако межлунаролным соглашением установлено ограничение в 56 000 бит/с. Этот стандарт называется У.90.
Он предоставляет пользователю возможность передачи данных в сторону провайдера со скоростью 33,6 Кбит/с, а в обратную сторону — со скоростью 56 Кбпт/с. Причиной такого рассогласования скоростей является тот очевидный факт, что трафик от абонента обычно во много раз меньше графика от провайдера (например, запрос веб-страницы — это всего лищь несколько байт, тогда как сама страница может иметь размеры, измеряемые мегабайтами).
Теоретически, можно расширить канал от абонента и сделать его более скоростным, чем 33,6 Кбит/с, но многие линии слишком зашумлены и далеко не всегда выдерживают даже такую скорость. Поэтолгу было принято решение выделить основную часть полосы под поток данных от провайдера, давая ему тем самым шанс работать со скоростью 56 Кбит/с. Следующим стандартом после У.90 стал У.92. Молемы У.92 могут отправлять данные со скоростью 48 Кбит/с, если на линии достаточно низкий уровень помех.
Возможная скорость линии определяется в течение примерно половины обычного 30-секундного интервала, необходимого более старым модемам. Наконец, они имеют одну интересную функцию: при включенном режиме ожидания звонка входящий телефонный звонок разрывает интернет-сеанс. Цифровые абонентские линии Когда скорость связи по телефонным линиям достигла своего, по-видимому, койечного значения 56 Кбит/с, создалось впечатление, что развитие на этом остановится. Между тем каналы кабельного телевидения стали предлагать своим абонентам 10 Мбит/с при работе по общему кабелю, а спутниковые сисгемы — до 50 Мбит/с. Доступ к Интернету стал неотьемлемой частью бизнеса таких операторов.
И телефонные компании (прежде всего, уровня ЕЕС) поняли, что необхолимо двигаться далыпе, создавая более конкурентоспособные системы. Для этого нужно было предоставить цифровые услуги конечным пользователям, используя местные линии. Системы, использующие каналы с расширенной пропускной способностью, иногда называют широкополосными сетями, хотя такой термин является скорее коммерческим, а не техническим. Вскоре появилось множество предложений, носящих общее название хРЯ. (Щ1Га! БпЪзспЪег Е1пе — цифровая абонентская линия), где вместо буквы х могли стоять другие буквы.
Мы обсудим их, сделав основной упор на технологию, которая вскоре, похоже, станет самой популярной в этой области, — АОЯ. (Азупппегпс РБŠ— асимметричная РБЕ). Поскольку окончательные стандарты длл АРБЕ еще не утверждены, то некоторые детали, описываемые далее, со вреМенем могут измениться, однако основной принцип останется, очевидно, неиэ- 164 Глава 2. Физический уровень менным. Чтобы узнать больше про АГ)51., читайте (Бптщегз, 1999; тгеггег и др., 2000). 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 оптимизацию именно в этом аспекте.
Данные всегда оставались пасынками телефонной системы. В той точке, где заканчивается местная линия (оконечная телефонная станция), сигнал подвергается фильтрации, при которой вырезаются частоты ниже 300 Гц и выше 3400 Гц. Отсечка не является прямоугольной— оба края имеют уровень 3 дБ, поэтому полоса пропускания считается равной 4000 Гц, хотя на самом деле диапазон между двумя этими краями составляет только 3100 Гц.
Таким образом, цифровым данным приходится пробираться по этому узкому каналу. Хитрость, за счет которой работает х1)31., заключается в том, что ее абоненты подключаются к особому коммутатору, на котором отсутствует описанный ранее фильтр. Таким образом, на перелачу данных отводится вся полоса пропускания местной линии.
Лимитирутошпм фактором в этом случае становится сама физическая природа линии, а не искусственно вырезанный кусок диапазона в 3100 Гц. К сожаленито, емкость местных линий зависит от нескольких факторов, среди которых длина, толщина и собственно качество канала. График зависимости потенциально достижимой пропускной способности от длины линии приведен на рис. 2.23. Здесь предполагается, что все остальные факторы являются оптимальными (новые провода, аккуратные кабели и т. д.). 50 40 о 30 20 го 1000 2ООО ЗО00 4000 бОО0 0000 Метры Рис. 2. 23. Зависимость пропускной способности от расстояния для Пзь по отр категории 3 Реализация такой зависимости создает определенные проблемы для телефонной компании.
Когда заявляется определенная скорость работы, автоматически ограничивается радиус, за пределами которого данное предложение нс Коммутируемая телефонная сеть общего пользования 165 может быть реализовано. Это означает, что когда приходит клиент, живущий достаточно далеко от телефонной станции, ему говорят; «Спасибо за проявленный интерес, но вы живете на 100 метров дальше от нас, чем нужно для того, чтобы стать нашим абонентом.
Не могли бы вы переехать поближе?» Чем ниже предлагаемая скорость, тем болыпе радиус охвата и количество клиентов. Но, вместе с тем, чем ниже скорость, тем менее привлекательным выглядит предложение и тем меньше абонентов согласится выкладывать свои деньги. Это такой перекресток, на котором встречаются бизнес и технология. (Можно предложить, конечно, поставить мини-АТС в каждом микрорайоне, но это слишком дорогое решение,) Службы хРБЕ разрабатывались с определенной целью. Во-первых, они должны были работать на существующих местных линиях, представляющих собой витые пары категории 3.
Во-вторых, они не должны были влиять на работу аппаратуры абонента вроде телефона и факса. В-третьих, скорость работы должна была быть выше 56 Кбит/с. Наконец, в-четвертых, онн должны были предоставлять постоянное подключение, и услуги при этом должны были оплачиваться только в виде фиксированной ежемесячной абонентской платы, но никак не поминутно. Первое предложение АРБЕ исходило от компании АТйТ и работало за счет разделения спектра местной линии, который составляет примерно 1,1 МГц, на три частотных диапазона. Вот они: диапазон обычной телефонной сети, РОТБ (Р1а!и 016 Те!ерЬопе Бегу!се); исходящий диапазон (от абонента); входящий диапазон (от АТС). Технология, в которой для разных целей используются разные частоты, называется частотным уплотнением илп частотным лтультиплексированием. Далее мы изучим ее очень подробно.
Другие операторы использовали несколько иной подход, и он нам кажется наиболее перспективным, поэтому сейчас мы его опишем. Итак, альтернативный метод под названием дискретная мультитональная -модуляция, РМТ (Рйзсгеге М011!Топе), иллюстрируется на рис. 2.24. Суть его состоит в разделении всего спектра местной линии шириной 1,1 МГц на 256 независимых каналов по 4312,5 Гц в каждом. Канал 0 — это РОТБ. Каналы с 1 по 5 не используются, чтобы голосовой сигнал не имел возможности интерферировать с информационным. Из оставшихся 250 каналов один занят контролем передачи в сторону провайдера, один — в сторону пользователя, а все прочие доступны для передачи пользовательских данных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
