Технологія PDH.

Література

План лекції

Лекція №13. Глобальні зв’язки на основі цифрових виділених ліній

1. Технологія PDH.

2. Технологія SONET/SDN.

3. Застосування цифрових первинних мереж.

4. Основні глобальні зв'язки

1. Антонов В. М. Сучасні комп’ютерні мережі / Валерій Миколайович Антонов. – К. : МК-Прес, 2005. – 480 с.

2. Бройдо В. Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности "Прикладная информатика" и "Информационные системы в экономике" / В. Л. Бройдо, О. П. Ильина. – 3-е изд. – Москва [и др.]: Питер, 2008. – 765 с.: ил., табл.; 24 см.

3. Валецька Т. М. Комп'ютерні мережі. Апаратні засоби: навч. посіб. для студ. вищ. навч. закл. / Тетяна Михайлівна Валецька. – К. : Центр навчальної літератури, 2004. – 208 с.

4. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей. Энциклопедия : [Наиболее полн. и подроб. рук.] / Михаил Гук. – СПб. : Питер, 2000.– 572 с.

5. Жуков І. А. Комп’ютерні мережі та технології: навч. посіб. для студ. вищих навч. закл. / Жуков І. А., Гуменюк В. О., Альтман І. Є.. – К. : НАУ, 2004. – 276 с. – (Комп'ютерні технології).

6. Компьютеры, сети, Интернет: Энциклопедия: Наиболее полн. и подроб. рук. / Ю. Новиков, Д. Новиков, А. Черепанов, В. Чуркин; Под общ. ред. Ю. Новикова. – 2. изд. – М. [ и др.]: Питер, 2003 (СПб.: ГПП Печ. Двор им. А.М. Горького). – 831 с.: ил.; 24 см.

7. Новиков Ю. В. Локальные сети: Архитектура, алгоритмы, проектирование / Новиков Ю. В., Кондратенко С. В. – М.: ЭКОМ, 2002. – 311 с.: ил.; 23 см. – (Современные компьютерные технологии).

8. Оглтри Т. В. Модернизация и ремонт сетей / Терри Оглтри ; [пер. с англ. И. В. Берштейна и др.]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Вильямс, 2005 (ГПП Печ. Двор). – 1321 с.: ил.; 24 см. – (Библиотека Скотта Мюллера).

9. Олифер В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы [Текст]: учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению "Информатика и вычислительная техника" и по специальностям "Вычислительные машины, комплексы, системы и сети", "Автоматизированные машины, комплексы, системы и сети", "Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем" / В. Олифер, Н. Олифер. – 4-е изд. – Москва [и др.]: Питер, 2010. – 943 с.: ил.; 24 см. – (Учебник для вузов).

10. Олифер В. Г. Новые технологии и оборудование IP-сетей / Виктор Олифер, Наталья Олифер. – СПб. и др.: BHV, 2000. – 512 с.: ил., табл.; 24 см. – (Мастер) (Современные сетевые технологии).

11. Таненбаум Э. Компьютерные сети / Э. Таненбаум ; [пер. с англ. В. Шрага]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Питер, 2005. – 991 с.: ил., табл.; 24 см. – (Классика computer science).

12. Ретана А. Принципы проектирования корпоративных IP-сетей: Основополагающие принципы построения масштабируемых IP-сетей: Экзамен на получение квалификации сертифиц. специалиста по межсетевому обмену CISCO / Альваро Ретана, Дон Слайс, Расс Уайт; [Пер. с англ. и ред. А.В. Журавлева]. – М. [и др.]: Вильямс, 2002. – 367 с.: ил.; 24 см. – (Сертифицированный специалист по межсетевому обмену CISCO).

13. Руководство по технологиям объединенных сетей: [настол. справ. специалиста по сетевым технологиям] / Cisco Systems, Inc. ; [пер. с англ. и ред. А.Н. Крикуна]. – 4-е изд. – М. [и др.]: Вильямс, 2005 (СПб.: ГПП Печ. Двор). – 1033 с.: ил., табл.; 24 см.

14. Уилсон Э. Мониторинг и анализ сетей. Методы выявления неисправностей / Эд Уилсон; [Пер. с англ.]

Цифрові виділені лінії утворюються шляхом постійної комутації в первинних мережах, побудованих на базі комутаційної апаратури, яка працює на принципах поділу каналу в часі — TDM. Існують два покоління технологій цифрових первинних мереж — технологія плезіохронної («плезіо» означає «майже», тобто майже синхронної) цифрової ієрархії (Plesiochronic Digital Hierarchy, PDH) і більш пізня технологія — синхронна цифрова ієрархія (Synchronous Digital Hierarchy, SDH). В США технології SDH відповідає стандарт SONET.

Цифрова апаратура мультиплексування і комутації була розроблена наприкінці 60-х років компанією AT&T для вирішення проблеми зв'язку великих комутаторів телефонних мереж між собою. Канали з частотним ущільненням, які застосовуються для цього на ділянках АТС-АТС, вичерпали свої можливості по організації високошвидкісного багатоканального зв'язку по одному кабелю. У технології FDM для одночасної передачі даних 12 чи 60 абонентських каналів використовувалася вита пара, а для підвищення швидкості зв'язку приходилося прокладати кабелі з великою кількістю пар проводів чи більш дорогі коаксіальні кабелі. Крім того, метод частотного ущільнення високо чуттєвий до різного роду перешкод, що завжди присутні в територіальних кабелях, та й високочастотна несуча мови сама створює перешкоди в прийомній апаратурі, будучи погано відфільтрована.

Для рішення цієї задачі була розроблена апаратура Т1, яка дозволяла в цифровому вигляді мультиплексувати, передавати і комутувати (на постійній основі) дані 24 абонентів. Так як абоненти як і раніше користувалися звичайними телефонними апаратами, тобто передача голосу йшла в аналоговій формі, тo мультиплексори Т1 самі здійснювали оцифрування голосу з частотою 8000 Гц і кодували голос з допомогою імпульсно-кодової модуляції (Pulse Code Modulation, РСМ). У результаті кожен абонентський канал утворював цифровий потік даних 64 Кбіт/с. Для з’єднання магістральних АТС канали Т1 являли собою занадто слабкі засоби мультиплексування, тому в технології була реалізована ідея створення каналів з ієрархією швидкостей. Чотири канали типу Т1 поєднуються в канал наступного рівня цифрової ієрархії — Т2, що передає дані зі швидкістю 6,312 Мбіт/с, а сім каналів Т2 утворюють при об'єднанні канал ТЗ, який передає дані зі швидкістю 44,736 Мбіт/с. Апаратура Т1, Т2 і ТЗ може взаємодіяти між собою, утворюючи ієрархічну мережу з магістральними і периферійними каналами трьох рівнів швидкостей.

Із середини 70-х років виділені канали, побудовані на апаратурі Т1, стали здаватися телефонними компаніями в оренду на комерційних умовах, переставши бути внутрішньою технологією цих компаній. Мережі Т1, а також більш швидкісні мережі Т2 і ТЗ дозволяють передавати не тільки голос, але і будь-які дані, представлені в цифровій формі, — комп'ютерні дані, телевізійне зображення, факси і т.п.

Технологія цифрової ієрархії була пізніше стандартизована ССІТТ. При цьому в неї були внесені деякі зміни, що призвело до несумісності американської і міжнародної версій цифрових мереж. Американська версія поширена сьогодні крім США також у Канаді і Японії (з деякими розбіжностями), а в Європі застосовується міжнародний стандарт. Аналогом каналів Т в міжнародному стандарті є канали типу Е1, Е2 і Е3 з іншими швидкостями — відповідно 2,048 Мбіт/с, 8,488 Мбіт/с і 34,368 Мбіт/с. Американський варіант технології також був стандартизований ANSI.

Незважаючи на розбіжності американської і міжнародної версій технології цифрової ієрархії, для позначення ієрархії швидкостей прийнято використовувати ті самі позначення — DSn (Digital Signal n). У табл. 13.1 приводяться значення для всіх введених стандартами рівнів швидкостей обох технологій.

Таблиця 13.1. Ієрархія цифрових швидкостей

На практиці в основному використовуються канали Т1/Е1 і Т3/Е3. Мультиплексор Т1 забезпечує передачу даних 24-х абонентів зі швидкістю 1,544 Мбіт/с в кадрі, що має досить простий формат. У цьому кадрі послідовно передається по одному байті кожного абонента, а після 24-х байт вставляється один біт синхронізації. Спочатку пристрої Т1 (які дали ім'я також і всій технології, що працює на швидкості 1,544 Мбіт/с) працювали тільки на внутрішніх тактових генераторах, і кожен кадр за допомогою бітів синхронізації міг передаватися асинхронно. Апаратура Т1, а також більш швидкісна апаратура Т2 і Т3 за довгі роки існування з нею відбулися значні зміни. Сьогодні мультиплексори і комутатори первинної мережі працюють на централізованій тактовій частоті, яка розподіляється з однієї точки всієї мережі. Однак принцип формування кадру залишився, тому біти синхронізації в кадрі як і раніше присутні. Сумарна швидкість користувацьких каналів складає 24х64=1,536 Мбіт/с, а ще 8 Кбіт/с додають біти синхронізації.

В апаратурі Т1 призначення восьмого біта кожного байта в кадрі різне і залежить від типу переданих даних і покоління апаратури.

При передачі голосу в мережах Т1 усі 24 каналу є абонентськими, тому керуюча і контрольна інформація передається восьмим (найменш значущим) бітом вимірів голосу. У ранніх версіях мереж Т1 службовим був 8-й біт кожного байта кадру, тому реальна швидкість передачі користувацьких даних складала 56 Кбіт/с (як правило восьмий біт приділявся під такі службові дані, як номер викликуваного телефонного абонента, сигнал зайнятості лінії, сигнал зняття трубки і т.п.). Потім технологія була поліпшена і для службових цілей стали використовувати тільки кожен шостий кадр. Таким чином, у п'ятьох кадрах із шести користувацькі дані представлені всіма вісьма бітами, а в шостому — тільки сімома.

При передачі комп'ютерних даних канал Т1 надає для користувацьких даних тільки 23 канали, а 24-й канал приділяється для службових цілей, в основному — для відновлення спотворених кадрів. Для одночасної передачі як голосових, так і комп'ютерних даних використовуються всі 24 канали, причому комп'ютерні дані передаються зі швидкістю 56 Кбіт/с. Техніка використання восьмого біта для службових цілей одержала назву «крадіжки біта» (bit robbing).

При мультиплексуванні 4-х каналів Т1 в один канал Т2 між кадрами DS-1 до тепер використовується один біт синхронізації, а кадри DS-2 (які складаються з 4-х послідовних кадрів DS-1) розділяються 12 службовими бітами, що призначені не тільки для поділу кадрів, але і для їхньої синхронізації. Відповідно, кадри DS-3 складаються з 7 кадрів DS-2, розділених службовими бітами.

Міжнародна версія цієї технології описана в стандартах G.700-G.706. Вона більш логічна, тому що не використовує схему «крадіжки біта». Крім того, вона заснована на постійному коефіцієнті кратності швидкості 4 при переході до наступного рівня ієрархії. Замість восьмого біта в каналі Е1 на службові цілі приділяються 2 байти з 32. Для голосових каналів чи каналів даних залишається 30 каналів зі швидкістю передачі 64 Кбіт/с кожний.

Користувач може орендувати кілька каналів 64 Кбіт/с (56 Кбіт/с) у каналі Т1/Е1. Такий канал називається «дробним» (fractional) каналом Т1/Е1. У цьому випадку користувачу приділяється трохи тайм-слотів роботи мультиплексора.

Фізичний рівень технології PDH підтримує різні види кабелів: виту пару, коаксіальний кабель і волоконно-оптичний кабель. Основним варіантом абонентського доступу до каналів Т1/Е1 є кабель із двох витих пар з розйомами RJ-48. Дві пари потрібні для організації дуплексного режиму передачі даних зі швидкістю 1,544/2,048 Мбіт/с. Для представлення сигналів використовується: у каналах Т1 біполярний потенційний код B8ZS, у каналах Е1 — біполярний потенційний код HDB3. Для посилення сигналу на лініях Т1 через кожні 1800 м (одна миля) встановлюються регенератори й апаратура контролю лінії.

Коаксіальний кабель завдяки своїй широкій смузі пропускання підтримує канал Т2/Е2 чи 4 канали Т1/Е1. Для роботи каналів Т3/Е3, як правило, використовується або коаксіальний кабель, або волоконно-оптичний кабель, або канали СВЧ.

Фізичний рівень міжнародного варіанта технології визначається стандартом G.703, назвою якого позначається тип інтерфейсу маршрутизатора чи моста, що підключається до каналу Е1. Американський варіант інтерфейсу називається Т1.

Необхідно відмітити що як американський, так і міжнародний варіанти технології PDH володіють декількома недоліками.

Одним з основних недоліків є складність операцій мультиплексування і демультиплексування користувацьких даних. Сам термін «плезіо-хронний», що використовується для цієї технології, говорить про причину такого явища — відсутності повної синхронності потоків даних при об'єднанні низькошвидкісних каналів у більш високошвидкісні. Споконвічно асинхронний підхід до передачі кадрів породив вставку біта чи декількох біт синхронізації між кадрами. У результаті для витягнення користувацьких даних з об'єднаного каналу необхідно повністю мультиплексувати кадри цього об'єднаного каналу.

Іншим істотним недоліком технології PDH є відсутність вбудованих процедур контролю і керування мережею. Службові біти дають мало інформації про стан каналу, не дозволяють його конфігорувати і т.п. Немає в технології і процедур підтримки відказостійкості, які дуже корисні для первинних мереж, на основі яких будуються відповідальні міжміські і міжнародні мережі. У сучасних мережах керуванню приділяється велика увага, причому вважається, що керуючі процедури бажано вбудовувати до основного протоколу передачі даних мережі.

Третій недолік полягає в занадто низьких по сучасних поняттях швидкостях ієрархії PDH. Волоконно-оптичні кабелі дозволяють передавати дані зі швидкостями в декілька гігабіт в секунду по одному волокну, що забезпечує консолідацію в одному кабелі десятків тисяч користувацьких каналів, але цю властивість технологія PDH не реалізовує — її ієрархія швидкостей закінчується рівнем 139 Мбіт/с.

Усі названі вище недоліки усунуті в новій технології первинних цифрових мереж, що одержала назву синхронної цифрової ієрархії — Synchronous Digital Hierarchy, SDH.