Сеть связи с коммутацией пакетов стандарта Х. 25
|
Скачать 1.97 Mb.
|
Коммутацией пакетов называется совокупность операций по приему коммутатором блока данных определенного формата (пакета), хранению принятого пакета в буферной памяти и последующей передачи в соответствии с содержащимся в пакете адресом. Таким образом, пакет поэтапно, с переприемом, передается через ряд узлов в пункт назначения. Пакеты могут иметь переменную длину, но в достаточно узких пределах: от 50 до 1500 байт. Пакеты транспортируются в сети, как независимые информационные блоки и собираются в сообщение в узле назначения. Коммутаторы пакетной сети имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора занят передачей другого пакета. На рис.1.2 в виде временных диаграмм представлены процессы передачи данных между абонентами в сети КП. При коммутации пакетов сообщение пользователя разбивается в оконечном узле связи (на рис.1.2 в узле А) или в оборудовании абонента на пакеты - элементы сообщения, снабженные заголовком. Например, в сети Х.25 максимальная длина поля данных пакета устанавливается по согласованию, но не может быть более 1024 байт [1]. В заголовке пакета устанавливается адресная информация, необходимая для доставки пакета в оконечное устройство получателя. В сети Х.25 используется формат адресации, определенный в рекомендации Х.121 ITU-T, содержащий код зоны (всего в мире 7 зон), код определенной сети в зоне и номер сетевого терминала из десяти цифр. При КП один и тот же физический канал используется для обслуживания многих абонентов, поочередно предоставляя свою пропускную способность разным соединениям абонентов. Такое мультиплексирование обеспечивает высокое использование канала. Наибольший эффект от КП достигается при высоком коэффициенте пульсации трафика пользователей сети. Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети определяется как отношение пиковой скорости на каком-либо коротком интервале времени к средней скорости обмена данными на длинном интервале времени и может достигать значений 100:1. На рис.1.3. приведен пример мультиплексирования пакетов разных информационных потоков в одном физическом канале. 1.1 1.2 1.3 а1  t2.1 2.2 а2 t 3.1 а3 t  1.1 2.1 2.2 1.2 1.3 3.1 t Канал Рис.1.3. Пример мультиплексирования пакетов в одном физическом канале На первых трех осях изображены потоки пакетов, генерируемых абонентами а1, а2, а3. Двойная нумерация пакетов на рис. 1.3 обозначает номер абонента и номер пакета в потоке. Канал используется для обслуживания трех абонентов – путем разделения по времени, т.е. поочередного предоставления канала абонентам. Один канал связи может обеспечить работу многих одновременно взаимодействующих абонентов. 1.2. Физический уровень Физический уровень является самым нижним уровнем и обеспечивает физическую и электрическую связь на участке абонентского доступа и в транспортной сети между узлами коммутации. Функции физического уровня рассмотрим со следующих позиций: - архитектура физического уровня; - физическая среда передачи сообщений; - аналоговая и цифровая связь; - синхронизация; - мультиплексирование. При описании подлежат не только конкретные решения, относящиеся к сети стандарта X.25, но и некоторые общие положения для сетей связи других технологий. 1.2.1. Архитектура физического уровня На физическом уровне возможна симплексная, полудуплексная и дуплексная связь. При дуплексной передаче обе стороны могут передавать и принимать данные когда угодно и даже делать это одновременно. При симплексной передаче одно из устройств может только передавать данные, а второе только принимать. Направление передачи никогда не может измениться. Примером может служить вещательное телевидение. При полудуплексной передаче любое из устройств может быть как передатчиком, так и приемником, но никогда не может находиться в обоих состояниях одновременно. Примером может быть локальная вычислительная сеть (ЛВС) стандарта Ethernet. В такой системе передача в одном направлении должна быть завершена, прежде чем сможет начаться передача в другом направлении. 1.2.2. Физическая среда передачи данных На физическом уровне в современных технологиях сетей применяется одни из четырех типов среды передачи: - металлический симметричный кабель с медными жилами, состоящий из различного числа “витых пар”; - коаксиальный кабель (подобный кабелю, используемому в телевизионных сетях с антенной общего пользования); - волоконно-оптический кабель; - окружающее пространство (используется при организации беспроводной передачи данных). Рассмотрим кратко характеристики физической среды передачи данных с точки зрения пропускной способности и помехозащищенности. Кабель «витая пара» состоит из двух изолированных проводников, перевитых между собой. Помехозащищенность пары выше, чем если бы два проводника не были скручены. По сравнению с другими средами передачи данных помехозащищенность и пропускная способность меньше. По сравнению с «витой парой» коаксиальный кабель позволяет большую пропускную способность и обладает большей помехозащищенностью. Оптоволоконный кабель изготавливается из кварцевого стекла и передача в нем осуществляется не электронами, а световой волной. Волоконно-оптический кабель имеет большое преимущество перед всеми остальными кабелями как в части пропускной способности (до нескольких Терабит в секунду), так и в части помехозащищенности. По данным на конец 2003 года протяженность волоконно-оптических кабелей первичной сети связи России составила 15%. Первичная сеть представляет собой совокупность каналов и трактов передачи, образованных оборудованием узлов и линий передачи, соединяющих эти узлы. В работе [1] отмечается большое количество устаревшей техники связи России, использующей симметричный и коаксиальный кабели. На конец 2003 г. протяженность симметричных кабелей составила 56%, а коаксиального – 29% [2]. Эти кабели известны не только более низкими показателями пропускной способности и помехозащищенности по сравнению с волоконно-оптическими кабелями, но и дороговизной по многим показателям (прокладка, обслуживание и др). На первичных сетях продолжают использовать линии связи, построенные на металлических кабелях, симметричных кабелях в свинцовой, алюминиевой или стальной оболочках с емкостью, в основном, четыре и семь четверок с медными жилами диаметром 1,2 мм. С 1996 года в России все новое строительство междугородних и международных линий связи осуществляется на волоконно-оптических кабелях. Система спутниковой связи России играет важную роль в организации каналов связи для междугородних сетей связи (особенно в труднодоступных и удаленных регионах страны). Спутниковая связь является дотируемой подотраслью электросвязи. 1.2.3. Аналоговая и цифровая связь Существует аналоговая и цифровая связь. Аналоговые сигналы распространяются по линиями связи в виде электромагнитных волн, которые характеризуются частотой, фазой и амплитудой. На рис. 1.4 приведен один период таких синусоидальных колебаний аналоговой волны, т.е. 1 Гц.  Рис 1.4. Синусоидальная волна с частотой 1Гц. Волна, которая, например, 10 раз в течение одной секунды проходит через максимум (+U вольт) имеет частоту 10 Гц. Полоса, в которой распределяются звуковые сигналы (голос) между абонентами аналоговой связи по телефонной сети общего пользования ТфОП составляет 3100Гц (диапазон 300-3400Гц). Такой канал называется каналом тональной частоты. На рис. 1.5 приведена амплитудно-частотная характеристика канала тональной частоты.  Рис. 1.5. Амплитудно-частотная характеристика канала тональной частоты. На рис. 1.6 приведены две синусоидальные волны с разными частотами (рис. 1.6, a) и фазами (рис. 1.6, б).  Рис 1.6. Синусоидальные волны с разными частотами и фазами Цифровая связь осуществляет передачу сообщений с помощью битов. Как аналоговым, так и цифровым сигналам присуща нестабильность при передаче. Оба сигнала с увеличением дальности распространения ослабевают, затухают и подвергаются воздействию помех. Однако цифровые сигналы поддаются коррекции и восстановлению лучше, чем аналоговые. Из рисунка 1.7 видно, что когда цифровой сигнал, подвергающийся воздействию помехи, начинает затухать, предназначенное для его усиления устройство на линии связи, «зная», что каждый бит информации – это либо единица, либо нуль, без искажений восстанавливает сигнал. Помеха отбрасывается, а не регенерируется и не усиливается, как в случае с аналоговым сигналом. Помимо чистоты передачи аудиосигналов, цифровая связь обеспечивает пересылку данных с меньшим числом ошибок. В аналоговых линиях, где происходит усиление и сигнала помехи, принимающие устройства могут интерпретировать этот сигнал как бит информации. В цифровой связи сигнал помехи отбрасывается и поэтому искажения и ошибки при передаче данных наблюдаются реже.  Рис. 1.7. Усиление помехи в аналоговых линиях и устранение ее в цифровых линиях. Хотя аналоговая связь, имеет недостатки перед цифровой связью (сложнее оборудование, больше вероятность ошибок, ниже скорости передачи, хуже чистота звуков), около 40% оборудования местных телефонных сетей общего пользования (ТфОП) России остается аналоговой линией. 1.2.4. Модем и цифровая абонентская линия ADSL Для передачи двоичной информации по аналоговым каналам используются модемы, установленные между компьютером и аналоговой линией. Рассмотрим принцип работы модема. Применяемая в них модуляция используется не только для передачи данных по каналам тональной частоты, но и: - в высокоскоростном канале абонентского доступа ADSL и др; - в сетях сотовой связи; - в беспроводных локальных сетях стандарта 802.11 (Wi-Fi); - в широкополосных беспроводных сетях стандарта 802.16 (Wi-Max). В сетях передачи данных по каналам тональной частоты и на участке абонентского доступа в цифровых абонентских xDSL модемы служат для выполнения двух функций: - преобразования цифровых сигналов в аналоговые и обратно (модуляция и демодуляция); - увеличение скорости передачи. В некоторых из перечисленных сетей связи ограничиваются только первой функцией. Работа модема построена на модуляции – амплитудной, частотной и фазовой. При амплитудной модуляции используются различные значения амплитуды синусоидальной несущей частоты. В качестве синонима «модуляции» часто используется термин «манипуляция». При частотной модуляции используется несколько различных частот синусоидальной несущей, а при фазовой модуляции – несколько сдвигов фаз на постоянный угол. Для реализации модемов делается 2400 или 4000 отсчетов в секунду. За каждый отсчет передается один символ, который может выражать один или несколько бит цифрового сигнала. Число отсчетов в секунду измеряется в бодах. Если при амплитудной модуляции символ может принимать одно из двух значений амплитуды синусоидальной несущей, то цифровая скорость составляет 2400 бит/с. Если каждый символ может принимать четыре значения (выраженные двумя байтами), то 4800 бит/с при той же линии 2400 бод. То же самое происходит, если менять не амплитуду, а частоту или фазу. Битовой скоростью называется объем информации, передаваемой по каналу за секунду. Битовая скорость равна произведению числа символов с секунду на число бит на один символ. Модемы обычно используют комбинированный метод модуляции сигналов. Одним из них является комбинация амплитуды и фазовых сдвигов. На рис. 1.8 изображен комбинированный метод модуляции, использующий 16 комбинаций - 4 комбинации амплитуды и 12 комбинаций фазовых сдвигов. Такая схема называется квадратурной амплитудной модуляцией или QAM-16 (Quadrature Amplitude Modulation) и использует 4 бита на символ. Такой модем позволяет по линии с пропускной способностью 2400 бод передавать с скоростью 9600 бит/с.  Рис. 1.8. Комбинированный метод модуляции QAM-16 Чем больше точек находится на амплитудно-фазовой диаграмме, тем больше вероятность воздействия помех (шума) при детектировании амплитуды или фазы, т.е. искажения бита. Для уменьшения вероятности такого воздействия были разработаны стандарты, предусматривающие включение в состав каждого отсчета дополнительные биты коррекции. Так, например, стандарт V.32 предусматривает 32 точки на диаграмме для передачи 4 бит/символ и 1 контрольный бит (т.е. всего 5 бит на символ). Согласно теореме Найквиста-Котельникова, для канала с диапазоном частот f максимальное число отсчетов в секунду равно 2f. Стандарт V.32 предоставляет пользователю максимальную скорость передачи данных по каналу тональной частоты 64000 бит/с. При этом максимальное число отсчетов в секунду – 8000, а число бит на отсчет равно 8. В США 1 бит является контрольным, что позволяет работать с битовой скоростью 56000 бит/с. Эти скорости предоставляются модемом от провайдера абоненту. В обратную сторону скорость 33,6 Кбит/с. Телефонные компании разработали так называемые множества широкополосных цифровых абонентских линий, носящие общее название xDSL (Digital Subscriber Line). Одной из наиболее популярных является ADSL (Asymmetric DSL – асимметричная DSL). На существующих местных (т.е. городских и сельских) линиях ADSL предоставляет работу отдельно по телефону и по передаче данных с битовой скоростью значительно превышающей 56 Кбит/с. В ADSL на передачу отводится не диапазон в 3100 Гц, выделяемый на АТС фильтром, а весь спектр местной линии, который составляет примерно 1,1 МГц. Весь этот диапазон частот разделен на 256 независимых каналов, одни из которых отводится под телефонную связь, а 5 каналов не используются. Из оставшихся 250 каналов одни занят контролем передачи в сторону провайдера, один – в сторону пользователя, а 248 доступны для передачи данных. Провайдер может самостоятельно определить сколько каналов использовать под исходящий трафик, сколько под входящий. В каждом канале используется метод модуляции QAM, количество бит на бод достигает при этом 15 (скорость отсчета 4000 бод), а амплитудно-фазовая диаграмма аналогична представленной на рис. 1.8. Пропускная способность входящего трафика при отведенных для него 224 каналах составляет 13,44 Мбит/с. Помехи (шум) в каналах связи не позволяют достигнуть такой скорости, однако 8 Мбит/с на коротких качественных линиях – это реально. Приведем в качестве примера (для канала с определенным качеством) соответствие между скоростями передачи и расстоянием от абонента до телефонного узла. 5,5 км → 1,544 Мбит/с, 4,9 км → 2,048 Мбит/с, 3,7 км → 6,312 Мбит/с, 2,7 км → 8,448 Мбит/с. Скорость потока данных в прямом направлении изменяется в диапазоне от 16 до 640 Кбит/с. 1.2.5. Аналого-цифровое преобразование Выше мы познакомились с преобразованием дискретной формы представления информации в аналоговую. Рассмотрим обратную задачу – преобразование и передача аналоговой информации в дискретной форме (в виде цифровых сигналов). Такая задача была решена, когда речевые сообщения стали передаваться по телефонным сетям в виде последовательности единиц и нулей, что повышает качество передаваемой речи, увеличивает скорость передачи, уменьшает вероятность ошибок в каналах связи. На рис. 1.9 показан принцип работы аналого-цифрового преобразователя. Преобразование непрерывного аналогового звукового сигнала в цифровой сигнал называется дискретной модуляцией аналоговых сигналов. Дискретные способы модуляции основаны на дискретизации непрерывных процессов, как по амплитуде, так и во времени (рис. 1.9). Рассмотрим принцип дискретной модуляции на примере импульсно-кодовой модуляции ИКМ (Pulse Amplitude Modulation, PAM). Аналого-цифровое преобразование является первым этапом цифровой обработки сигналов. Как показывает само название, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) является связующим элементом между аналоговым и цифровым участками тракта, преобразующим непрерывный аналоговый сигнал с выхода микрофона в цифровую форму. Соответственно цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – последний элемент в цифровом тракте и задача его прямо противоположная: он преобразует цифровой сигнал в аналоговый, а последний поступает на динамик, преобразующий его в акустический сигнал, воспринимаемый ухом. Работа АЦП складывается из двух этапов: замер амплитуды входного непрерывного сигнала во времени через равные интервалы времени, а затем представление каждого замера в виде двоичного числа определенной разрядности. Этот процесс схематически иллюстрируется на рис. 1.9, на котором моменты дискретизации показаны штрихами на оси времени и для трех моментов дискретизации указаны уровни сигнала – в десятичном (235, 220 и 191) и соответственно в двоичном представлении (11101011, 11011100 и 10111111). В соответствии с теоремой Найквиста-Котельникова для качественной передачи голоса достаточно выбрать частоту дискретизации, в два раза превышающую наибольшую частоту в спектре обрабатываемого сигнала. Поскольку при передаче сигналов речи по телефонным каналам связи используется полоса частот от 300 до 3400 Гц, частота дискретизации выбрана 8000 Гц, т.е. с некоторым запасом.  255 0 Рис. 1.9. Принцип работы аналого-цифрового преобразователя. В методе ИКМ обычно используются 7 или 8 бит кода для представления амплитуды одного замера. Для ИКМ скорость передачи по каналу соответственно равна 8000х8=64Кбит/с и 8000х7=56Кбит/с. 1.2.6. Цифровое кодирование и синхронизация Цифровая передача сигналов основана на использовании дискретных состояний канала для передачи по нему информации. Разработано множество схем представления цифровых сигналов нуля и единицы, т.е. цифрового кодирования. На рис. 1.10 приведено так называемое полярное кодирование, при котором единица представляется положительным напряжением (например, +12В), а ноль – отрицательным (-12В).  Рис. 1.10. Пример полярного кодирования. Поимпульсная синхронизация В разделе 1 рассмотрению подлежат два метода синхронизации – поимпульсная и покадровая. Задача поимпульсной синхронизации служит для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать бит информации с линии связи. Задача покадровой синхронизации служит для определения начального и последнего байта кадра. Описание покадровой синхронизации в X.25 приводится в разделе 1.3. Любой резкий перепад переднего или заднего фронта бита используется для поимпульсной синхронизации. Лучшей синхронизационной комбинацией является чередование единиц и нулей. Проблема в синхронизации возникает тогда, когда необходимо передать длинную последовательность из нулей или единиц. Как видно из рис. 1.10, это относится к схеме полярного кодирования. В стандарте одной из цифровых систем определено, что по каналу не должно передаваться более 15 последовательно идущих единиц или нулей, иначе вероятно, что синхронизация будет потеряна. Для решения этой задачи синхронизации при цифровом кодировании используются два метода. Первый основан на добавлении в исходный код избыточного бита, содержащего логические единицы. Однако при этом снижается пропускная способность канала. Другой метод основан на предварительном перемешивании исходной информации таким образом, чтобы предотвратить появление длинной последовательности нулей или единиц. Такая операция называется скремблированием. При скремблировании используется известный алгоритм, поэтому преемник восстанавливает с помощью дескремблера исходную последовательность. Избыточные биты при этом в канал не передаются. Разработано множество схем представления цифровых сигналов, или, иначе, цифрового кодирования, несколько из них приведено на рис.1.11.  Рис.1.11. 1.2.7. Частотное и временное мультиплексирование Концепция мультиплексирования на физическом уровне показана на рис 1.12.  Рис 1.12. Мультиплексор изображается как треугольник и объединяет множество низкоскоростных каналов в один высокоскоростной канал. Главное достоинство мультиплексирования (уплотнения) заключается в сокращении количества физических устройств и связанных с ними затрат. Мультиплексирование может быть выполнено с аналоговыми каналами или с цифровыми. В первом случае используется техника частотного мультиплексирования, во втором – мультиплексирования с разделением времени. |
Похожие:
 |
«Корпоративная сеть телефонной связи цаук пао «нк «Роснефть» в г. Москве. Сеть упатс» |
|
Комплекс шахтной телефонной связи искробезопасный с ip коммутацией... Регламент технического обслуживания, планового текущего ремонта и устранения возможных неисправностей и отказов |
 |
План выступления 1 Вступление Рассказать в общих понятиях, что такое... Глобальная сеть- совокупность компьютеров, расположенных на больших расстояниях друг от друга, а также система каналов передачи связи:... |
|
Линии для производства полиэтиленовых пакетов Линии вм-пак 680 У2 и вм-пак 850 У2 (далее вм-пак у2) предназначена для производства пакетов типа «Майка», «Фасовка» из полиэтиленовой... |
|
Инструкция по установке систем «Стандарт-гост» и «Гарант» Подключение сетевого диска Выберите «Вся сеть» и двойным щелчком мыши откройте Нажмите на значок «Сеть Microsoft Windows» |
|
Инструкция по оплате пакетов Триколор тв по счёту для юридических... Для оплаты пакетов «Оптимум» и/или «Ночной» свяжитесь с нами любым удобным для вас способом сообщите свои реквизиты, и мы выставим... |
|
Приняты Советом глав Администраций связи Регионального содружества в области связи Виды услуг, предоставляемых предприятиями связи, определяются администрациями государств членов рсс *(2). Руководителям предприятий... |
|
Руководство пользователя для кандидатов по самостоятельной регистрации... Мы рекомендуем использовать адрес на общедоступном сервере (например, mail ru, yandex ru, google com и т п.) в связи с возможными... |
|
Пояснительная записка Студент Выявлены потребности и желания клиентов в предоставляемых услуг связи, перечень наиболее востребованных услуг, сервисов и спрос на... |
|
Введение 2 Система сотовой связи стандарта gsm и особенности построения абонентских устройств 4 |
|
Инструкция пользователя услуг цифровой телефонии акадо содержание... Цифровая телефония акадо это современный вид цифровой телефонной связи, доступный абонентам акадо как в виде отдельной услуги, так... |
|
Методическое пособие «От простого к сложному» Секреты администрирования ПК. При этом необходимо учитывать особенности соединения и понимать, что вам потребуется для обеспечения доступа в сеть с нескольких... |
|
1 понятие и классификация пакетов прикладных |
|
Чтобы устранить возможные проблемы, возникшие в процессе эксплуатации... Наличие хорошего и стабильного интернета если через сеть мобильно оператора, то минимум сеть 3G, но лучше через Wi-Fi где скорость... |
|
1. 1Термины, используемые в документации о закупке Проведение аварийно-восстановительных работ на волоконно-оптических линиях связи (волс), а именно: на кабелях sdh-транспортная сеть,... |
|
Инструкция по использованию вычислительного кластера т-платформы tedge-48 Версия 2 ГГц и 8 Гбайт оперативной памяти. Кроме того, есть управляющий модуль, предназначенный для компиляции и запуска задач, с файловым... |