Цифровые выделенные линии образуются путем постоянной коммутации в сетях, построенных на базе коммутационной аппаратуры, поддерживающей передачу голоса или видеоизображений в цифровой форме.
Поскольку для качественной передачи голоса необходима передача оцифрованных замеров амлитуды звуковых колебаний с частотой 8000 Гц, а каждый замер представляется в виде числа, состоящего из 7 или 8 битов, то вся цифровая телефония работает на скоростях, кратных 56 Кб/с или 64 Кб/с. Скорость 56 Кб/с в настоящее время уже представляет собой устаревший стандарт, поэтому современные стандарты скоростей кратны величине 64 Кб/с.
Как и в аналоговой телефонии, первичные каналы конечных абонентов уплотняются в более скоростные каналы, существующие между АТС. Но если в аналоговых АТС используется частотное уплотнение, когда различные каналы используют различные несущие частоты, то в цифровой телефонии используется уплотнение с разделением времени, так называемое мультиплексирование с разделением времени (Time Division Multiplexing. TDM).
Пример уплотненного канала, несущего данные от 24 первичных каналов скорости 64 Кб/с, показан на рисунке 17.2. Кадр уплотненного канала несет очень мало служебной информации - это 1 бит типа F, который разделяет уплотненные кадры.
Независимо от того, сколько каналов содержит уплотненный кадр, он должен быть передан за время 125 микросекунд, так, чтобы частота передачи замеров каждого первичного канала была равна 8000 Гц.
Существует две основных технологии уплотнения и коммутации цифровых каналов -плезиохронная цифровая иерархия (Plesiochronic Digital Hierarchy, PDH) и более поздний стандарт - синхронная цифровая иерархия (Synchronous Digital Hierarchy, SDH). В Америке технологии SDH соответствует стандарт SONET.
Технология PDH использует по сравнению с технологией SDH более узкий диапазон скоростей в уплотненных каналах - от 64 Кб/с до 34 Мб/с (в Америке - до 45 Мб/с). Кроме того, кадры PDH несут крайне мало служебной информации, поэтому оперативное наблюдение и управление потоками кадров в сетях PDH весьма затруднено.
Имеется три основных типа каналов сетей PDH:
• первичные каналы 64 Кб/с,
• каналы Е1 со скоростью 2.048 Мб/с, состоящие из 32 первичных каналов по 64 Кб/с, из которых два канала отводятся для передачи синхронизирующей и управляющей информации.
• каналы ЕЗ со скоростью 34 Мб/с, состоящие из 16 каналов Е1.
Рис. 17.2. Пример уплотненного канала с дискретной модуляцией.
В Америке вместо каналов Е1 используются каналы Т1 со скоростью 1.544 Мб/с, состоящие из 24 первичных каналов, а каналам ЕЗ соответствуют каналы ТЗ со скоростью 45 Мб/с. состоящие из 28 каналов Т1.
Существует такой сервис, как дробные каналы Е1 или Т1. Этот сервис позволяет покупать у поставщика услуг пропускную способность частями по 64 Кб/с.
К сетям PDH определен интерфейс G.703, который разработан СС1ТТ. Этот интерфейс определяет физический протокол взаимодействия аппаратуры пользователя с оборудованием PDH - скорость передачи данных, тип кода или алгоритм его формирования, форму импульсов, тип кабелей и т.п. Применяется несколько схем кодирования, основанных на непосредственной передаче импульсов без модуляции.
Технология SDH представляет собой развитие технологии PDH. Стандарт SDH определяет иерархию скоростей, кратных скорости 155 Мб/с (SONET - 55 Мб/с): от 155 Мб/с до 10 Гб/с. Кадр данных SDH несет значительную долю служебной информации - так в кадре STM-1 (называемом синхронным транспортным модулем первого уровня), соответствующем скорости в 155 Мб/с, на каждые 270 байтов пользовательских данных приходится 9 байтов служебной информации. Служебная информация позволяет повысить степень контроля и управляемости сетей, построенных на аппаратуре SDH - мультиплексорах и коммутаторах. Эта аппаратура использует два основных способа соединения - радиальный и кольцевой.
При использовании кольцевого способа аппаратура всегда соединяется двумя кольцами. Кольцевой способ соединения позволяет повысить надежность сетей SDH. Это достигается одним из двух способов. В первом данные всегда передаются одновременно по двум кольцам в противоположных направлениях. Если в момент приема кадра данных происходит сбой в одном из колец, то система управления автоматически выбирает этот же кадр из другого кольца. Во втором способе одно из колец является основным, а второе - резервным. При отказе основного кольца, как и в технологии FDDI, происходит замыкание основного и резервного колец и образование из двух колец одного.
При построение сетей SDH на больших территориях применяется последовательное соединение нескольких колец, а при создании сети масштаба города может использоваться и однокольцевая сеть. Известным примером сети, предоставляющей сервис выделенных цифровых каналов на основе аппаратуры SDH, является сеть МАКОМНЕТ, работающая в пределах Москвы.
Аппаратура SDH может использовать каналы PDH в качестве входных каналов. Для доступа к аппаратуре SDH используется интерфейс G.703.
Связь компьютера или маршрутизатора с цифровой выделенной линией осуществляется с помощью пары устройств, обычно выполненных в одном корпусе или же совмещенных с маршрутизатором. Этими устройствами являются: устройство обслуживания данных (УОД) и устройство обслуживания канала (УОК). В англоязычной литературе эти устройства называются Data Service Unit (DSU) и Channel Service Unit (CSU). УОД преобразует сигналы, поступающие от ООД (обычно по интерфейсу RS-232 или HSSI), в биполярные импульсы интерфейса G.703. УОД также выполняет все временные отсчеты, регенерацию сигнала и выравнивание загрузки канала. УОК выполняет более узкие функции, в основном оно занимается созданием оптимальных условий передачи в линии (выравнивание). Эти устройства, как и модуляторы-демодуляторы, часто обозначаются одним словом DSU/CSU (рисунок 17.3).
17.5.3. Протоколы "точка-точка".
На выделенных линиях, поддерживающих в лучшем случае только протоколы физического уровня, необходимо использовать какие-нибудь протоколы канального уровня, обеспечивающие передачу пакетов локальных сетей с нужной степенью надежности и управляющие потоком кадров для предотвращения переполнения соседних узлов.
Устройства обслуживания канала и данных
или комбинированное устройство УОД/УДК (DSU/CSU)
Рис. 17.3. Связь компьютера с цифровой линией
В сетях TCP/IP долгое время использовался достаточно простой протокол SLIP (Serial Line IP), переносящий только IP-пакеты по глобальным каналам связи. В настоящее время основным протоколом выделенных линий является протокол HDLC (High-level Data Link Control), имеющий статус стандарта ISO. Протокол HDLC на самом деле представляет собой семейство протоколов, в которое входят известные протоколы LAP-B, LAP-D и LAP-M, используемые в сетях X.25, ISDN и в модемах соответственно. На базе протокола HDLC построен протокол РРР (Point-to-Point Protocol), который расширяет функции HDLC для применения в сетях с несколькими протоколами сетевого уровня.
Протокол HDLC является весьма сложным протоколом, работающим на основе алгоритмов установления соединения и скользящего окна. Он использует 12 различных типов кадров и обеспечивает снижение вероятности искажения бита с 10-3 до 10-9. Также обеспечивается управление потоком данных за счет механизма окна и специальных кадров, приостанавливающих на время передачу данных от источника. Протокол рассчитан на полнодуплексные соединения.
Протокол РРР разработан группой Internet Engineering Task Forse как часть стека TCP/IP для передачи кадров информации по последовательным глобальным каналам связи взамен устаревшего протокола SLIP (Serial Line IP). Этот протокол стал также фактическим стандартом для глобальных линий связи при соединении удаленных клиентов с серверами и для образования соединений между маршрутизаторами в корпоративной сети. Протокол РРР использовал изначально формат кадров HDLC и дополнил их собственными полями. Поля протокола РРР вложены в поле данных кадра HDLC. Позже были разработаны стандарты, использующее вложение кадра РРР в кадры frame relay и других протоколов глобальных сетей.
Основное отличие РРР от других протоколов канального уровня состоит в том, что он добивается согласованной работы различных устройств с помощью переговорной процедуры, во время которой принимаются различные параметры, такие как качество линии, протокол аутентификации и инкапсулируемые протоколы сетевого уровня.
Хотя РРР часто рассматривается как единое целое, на самом деле он представляет собой группу протоколов, которые в совокупности обеспечивают обширный список сервисов установления соединений. Стек РРР основан на четырех принципах: переговорное принятие параметров конфигурации, многопротокольная поддержка, расширяемость протокола, независимость от глобальных сервисов,
Переговорное принятие параметров конфигурации. Этим термином обозначают способность РРР устанавливать требования к пропускной способности между двумя непосредственно связанными конечными системами. В корпоративной сети конечные системы часто отличаются размерами буферов для временного хранения пакетов, ограничениями на размер пакета, списком поддерживаемых протоколов сетевого уровня. Физическая линия, связывающая конечные устройства, может варьироваться от низкоскоростной аналоговой линии до высокоскоростной цифровой линии с различными уровнями качества сервиса.
Для того, чтобы справиться со всеми возможными ситуациями, в протоколе РРР имеется набор стандартных установок, действующих по умолчанию, учитывающих все стандартные конфигурации. При установлении соединения два взаимодействующих устройства пытаются сначала использовать эти установки для нахождения взаимопонимания. Каждый конечный узел описывает свои возможности и требования. Затем на основании этой информации принимаются параметры соединения, устраивающие обе стороны, в которые входят форматы инкапсуляции данных, размеры пакетов, качество линии и процедура аутентификации.
Протокол, в соответствии с которым принимаются параметры соединения, называется протокол управления связью (Link Control Protocol, LCP). Протокол, который позволяет конечным узлам договориться о том, какие сетевые протоколы будут мультиплексироваться в установленном соединении, называется протокол управления сетевым уровнем (Network Control Protocol, NCP). Внутри одного РРР-соединения могут циркулировать потоки данных различных сетевых протоколов. Хотя при выборе параметров РРР-соединения конечные узлы могут выбрать режим одноранговой аутентификации (функцию защиты данных), сам по себе протокол РРР не навязывает алгоритм, который будет использоваться для аутентификации и компрессии данных. Для целей аутентификации РРР предлагает использовать в качестве стандартных возможностей, которые могут выбрать конечные узлы, протокол PAP (Password Authentication Protocol) и протокол CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol), но пользователям также разрешается добавлять и новые алгоритмы аутентификации. Тот же прием используется и для алгоритмов компрессии.
Многопротокольная поддержка - это свойство протокола РРР поддерживать несколько протоколов сетевого уровня стало главной причиной распространения протокола РРР как стандарта де-факто. В отличие от протокола SLIP, который может переносить только пакеты IP, или LAP-B, который может переносить только пакеты Х.25, РРР работает со многими протоколами сетевого уровня, включая IP, Novell IPX, AppleTalk, DECnet, XNS, Banyan VINES и OSI. Каждый протокол сетевого уровня конфигурируется отдельно с помощью соответствующего протокола NCP.
Расширяемость протокола. На протяжении ряда лет группа IETF расширяла набор протоколов РРР введением новых RFC, которые определили такие свойства, как общие сервисы аутентификации данных, возможности шифрации данных и их компрессирования. Наличие таких стандартных средств уменьшает избыточность некоторых операций в сети. Например, многие технологии глобальных сетей выбирают подходящие алгоритмы компрессии в зависимости от качества линии. Различные технологии используют различные схемы компрессии, что приводит к осуществлению операций компрессии и декомпрессии на разных уровнях сети. Использование компрессии протокола РРР исключает подобную избыточность и уменьшает загрузку системных ресурсов.
Независимость от глобальных сервисов. Начальная версия РРР работала только через сети с фреймами HDLC, Теперь в стек РРР добавлены спецификации, позволяющие использовать РРР с любым популярным глобальным сервисом, например, с ISDN, frame relay, Х.25, Sonet и сети HDLC.
