Абонентские сети доступа и технологии высокоскоростных сетей

Абонентские сети доступа и технологии
высокоскоростных сетей

2-е издание, исправленное

Берлин А.Н.

Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”
2016

2

Абонентские сети доступа и технологии высокоскоростных сетей/ А.Н. Берлин - М.: Национальный
Открытый Университет “ИНТУИТ”, 2016

В курсе рассматриваются вопросы построения сетей доступа и методы, обеспечивающие такой
доступ.
Приведены принципы применения выносов и подстанций, локальные сети. Рассмотрены методы
случайного доступа и методы управляемого доступа. Даются основные сведения о высокоскоростной
технологии передачи информации Синхронной Цифровой Иерархии (SDH). Приводятся принципы
мультиплексирования при такой технологии и структуры SDH сетей. Излагается способ,
предназначенный для высокоскоростной передачи информации Асинхронный Режим Переноса
(ATM). Рассмотрены: эталонная модель протоколов широкополосной сети, построение
коммутаторов, виртуальные соединения, уровни адаптации, параметры качества обслуживания.

(c) ООО “ИНТУИТ.РУ”, 2007-2016
(c) Берлин А.Н., 2007-2016

3

Абонентские сети доступа

Рассматриваются методы повышения эффективности абонентских линий - применение
подстанций и выносов. Приведены структуры абонентских сетей. Рассмотрены
локальные сети и методы доступа к ним - случайные и управляемые

Затраты на абонентские линии составляют значительную долю капитальных затрат на
строительство и эксплуатацию сети. Поэтому постоянно идет борьба за снижение их
стоимости. В последнее время возникла проблема регулировки доступа потребителя к
услугам и службам, предоставляемым различными сетями. Если раньше сети
различались по назначению (например, сеть передачи данных и телефонная сеть), то
теперь они различаются технологиями (например, сеть Internet, использующая свои
специфические средства и протоколы, и обычная телефонная сеть). Дело осложняется
тем, что абоненты могут выбирать сети и временно (по потребности и материальным
возможностям) подключаться к ним. Простейшие методы, используемые в
существующей телефонии, например, ручная кроссировка, в настоящее время уже
невозможны из-за своей неоперативности и не сопрягаются с современными
цифровыми техническими средствами. Поэтому возникли новые технологии,
базирующиеся на сетях доступа. Рассмотрим для начала проблему снижения стоимости
абонентской линии.

Подстанции и выносы

Если в одном районе сконцентрировано большое число абонентов, имеет смысл
устанавливать в нем подстанцию ( рис. 1.1).

4

Рис. 1.1. 

Экономическая целесообразность установки подстанции вычисляется следующим
образом.

Имеется некоторое число абонентских линий 
 каждая длиной 
 при стоимости

единицы длины 
. При установке подстанции их длина уменьшается до 
 При

этом появляется некоторое число соединительных линий 
 каждая длиной 
 и

стоимостью 
. Учитывая, что стоимость всего оборудования и установки

подстанции равна 
., экономическая целесообразность установки определяется

неравенством

Логика видна из формулы. Чтобы установка подстанции была экономически
оправдана, стоимость решения без использования подстанции должна быть больше,

5

чем при установке подстанции.

Но целесообразность установки подстанции определяется и другими факторами -
например, эксплуатационными затратами, относительной ценой аренды абонентской и
соединительной линии. Для многих малых предприятий установка подстанции может
намного снизить расходы по аренде.

В сельской местности с низкой концентрацией и большим разбросом абонентов
вынесение емкости с помощью малых подстанций может оказаться единственно
правильным решением. Современные системы позволяют включать до 300 тыс. портов.
Вынесение подстанций предусматривается всеми производителями оборудования. При
этом возможно “многоступенчатое” включение (рис. 1.2).

Необходимо отметить важность терминологии. Подстанция обозначает вынесенное
оборудование с самостоятельным или дистанционным управлением. Обязательным
признаком подстанции является замыкание внутреннего трафика внутри подстанции
без занятия межстанционных линий.

Вынос - это часть станционного оборудования, вынесенного в область концентрации
абонентов и управляемого опорной станцией без замыкания внутреннего трафика. Для
варианта, показанного на рис. 1.2, в основном применяется выносное оборудование (
выносы ).

Рис. 1.2.  Последовательное включение выносных блоков

Локальная сеть

Локальная сеть передачи данных (LAN - Local Area Network) обычно охватывает
небольшую территорию - отдельные офисы, здания, - и используется, как правило, на
относительно коротких расстояниях. Локальная сеть позволяет объединить между
собой рабочие места пользователей и периферийные устройства в единую среду,
работающую под управлением единой сетевой операционной системы. Благодаря
коротким расстояниям достигается высокая скорость передачи данных (100 Мбит/с) и
широкий набор услуг в режиме реального времени.

6

Локальная сеть разрабатывается обычно для того, чтобы позволить общее
использование ресурсов персональным компьютерам или рабочим станциям. Ресурсы
обычно включают в себя оборудование (например, принтеры), программное
обеспечение (например, прикладные программы) или данные. Типичным примером
локальной сети может служить сеть, которая объединяет несколько деловых
помещений, рабочих групп, компьютеров, выполняющих целевые задачи. Например,
один из компьютеров может обладать большой емкостью внешней памяти и
обслуживать серверы других клиентов. Программное обеспечение может быть
сосредоточено на центральном сервере и использоваться другими группами так, как им
это нужно. В этом примере не оговаривается размер локальной сети, он определяется
числом пользователей, объемом программного обеспечения, его сложностью и числом
необходимых копий, распределенных по серверам, а также операционной системой.

7

Рис. 1.3.  Локальные сети и их подключение к телефонной сети общего пользования

Локальные сети также отличаются друг от друга средой передачи и ее топологией.
Большинство локальных сетей используют скорости от 4-16 Мбит/c. На сегодняшний
день имеются локальные сети со скоростью 100 Мбит/c - 1 Гбит/c.

Локальные сети подключаются к телефонной сети общего пользования (рис. 1.3).

Локальные сети содержат аппаратурную часть и программное обеспечение.

Аппаратурная часть локальной сети имеет три составляющие: станции, среду передачи
и подключающие устройства.

Станции (узлы локальной сети ) - это компьютеры, принтеры, модемы или все три
компоненты вместе.

Каждая станция может осуществлять подключение к сети и имеет аппаратурное и
программное обеспечение, выполняющее такие задачи, как передачу и прием данных,
наблюдение за состоянием сети. Последнюю задачу обычно выполняет карта сетевого

8

интерфейса (Network Interface Card - NIC), которая устанавливается внутри станции и
содержит необходимые схемы (в виде микросхем) для сетевых функций.

Среда передачи - это путь, соединяющий станции между собой. Он может быть
исполнен в виде проводного соединения (провод или кабель) или беcпроводного
(радиодоступ).

Подключающие устройства содержат преобразователи для передачи сигналов в данной
среде, а также устройства типа повторителей (промежуточных усилителей) и
объединяющих мостов.

Программное обеспечение локальной сети разделяется на две большие части: сетевая
операционная система и прикладные программы.

Центр эксплуатации сети (Network Operation Center - NOC) - это центр,
координирующий работу сети, который позволяет подключать станции и устройства к
сети. Он обеспечивает пользователям доступ к ресурсам и разделение их между
многими пользователями.

Прикладные программы позволяют пользователю решать свои специальные вопросы.
Наиболее популярные операционные системы для локальных сетей - Windows NT,
Windows 2000, Unix, Novell Netware.

Методы доступа к среде передачи

Как уже было отмечено, все станции одной локальной сети имеют общую среду
передачи (например, кабель). При этом могут возникнуть попытки доступа к среде
более чем одной станции, когда две и более станции пытаются послать данные в одно и
то же время. В результате возможен конфликт (collision). Чтобы избежать этой
ситуации, используются методы управления доступом к среде (Medium Access
Control). Эти методы определяют процедуры, которым должны следовать станции при
передаче информации, и тем самым гарантируют, что конфликты между станциями не
возникнут.

Методы доступа к среде разделяются на две категории:

методы случайного доступа ;
методы управляемого доступа.

Методы управляемого доступа разделяются на фиксированный и по требованию.

Методы случайного доступа

При случайных методах (иногда их называют методы состязаний) станции не имеют
приоритетов. При каждой попытке передачи данных станция использует протокол,
который позволяет определить состояние среды (свободно или занято), чтобы принять

9

решение, посылать информацию или нет.

Имеется две процедуры. Первая управляет временем предоставления станциям
возможности передачи. Это расписание предоставляет время передачи по случайному
закону. Поэтому эти методы называются методами случайного доступа ;.

Вторая группа методов не определяет, какая станция будет передавать данные в
следующий момент времени. Станции сами определяют доступ к сети. Эти методы
называются методами состязания.

При методах случайного доступа станция не управляет другими станциями. Однако
если две и более станции пытаются послать информацию, то возникает конфликт и
передаваемый кадр может быть нарушен или искажена полезная информация. Чтобы
избежать конфликта или выйти из него, когда это случится, каждая станция должна
использовать процедуру, которая должна дать ответы на следующие вопросы:

Когда станция имеет доступ к среде?
Что должна делать станция, если среда занята?
Как должна станция определить успешное прохождение информации или ошибку
при передаче?
Что должна делать станция, если возник конфликт?

Ниже приведены методы случайного многостанционного доступа (Multiple Access -
MA).

ALOHA

ALOHA1) - это протокол случайного многостанционного доступа, т.е. такого, когда
ресурс каналов доступен каждой станции. Он имеет следующие свойства:

Многостанционный доступ. Среда доступна любой станции.
Отсутствие контроля состояния среды. Станции не проверяют состояние канала
(свободен или занят), а передают информацию в любые случайные моменты
времени.
Отсутствие проверки конфликта. Станции не проверяют наличие конфликта, а при
его возникновении, когда две или более станций передают пакет в одно и то же
время (или перекрывающиеся интервалы), приемник неспособен правильно
принять номер.
Необходимость подтверждения правильного приема. Передатчик не получает
подтверждение явного или неявного (например, ответного) сигнала и
осуществляет повторную передачу информации через случайный интервал
времени.

Различают два метода такого доступа: чистая (несегментированная) и
сегментированная ALOHA.

10