Каталог товаров
Будьте в курсе!

Новости, обзоры и акции

Сети передачи данных и технологии построения сетей

Нынешнее время переживает бурное освоение в области сетей передачи данных. Разновидностей сетей достаточно много. Самоё определение сети в обобщенном понимании – это система мультиплексирования доступа к каналам связи и ресурсам.По своей принадлежности сети делятся на:
- локальные сети (LAN, Local  Area Network
- городские (MAN, Metropolitan Area Network)
- региональные (WAN, Wide Area Network)
- глобальные (InterNet, FidoNet, FreeNet)
Основное отличие глобальной сети от остальных - это неограниченное число абонентов. Уникальность каждой сети определяется методом доступа к среде передачи данных. С появлением оптоволокна и витой пары построение сетей теперь все больше стало базироваться на использовании оптического кабеля и кабеля “витая пара” - что подняло эффективность сетей на новый уровень: значительно повысилась защищенность и качество информации, увеличились скорость передачи данных и диапазон полосы пропускания.

Ниже сделан краткий обзор распространенных сетевых технологий.  Данный обзор не претендует на теоретические изыски – задача автора  другая: выделить основополагающие понятия, характеризующие суть конкретной технологии.

Таблица 1

технология

скорость передачи

топология

базовые устройства

метод доступа к сети

PDH

  Европа         США       
Е1 – 2Мб/с    Т1 - 1,5Мб/с   Е2 -  8Мб/с    Т2 - 6Мб/с   
Е3 - 34Мб/с   Т3 - 45Мб/с     Е4 - 140Мб/с Т4 - 274Мб/с

точка-точка

       оборудование      
       Е1, Е2, Е3, Е4     
                или             
 Т1, Т2, Т3, Т4

метод временного плезиохронного мультиплексирования

SDH

STM-1  155 Мбит/с          STM-4  622 Мбит/с           STM-16  2,5 Гбит/с              STM-64  10 Гбит/с

двойное кольцо,

звезда,

точка-точка

SDH-коммутатор

метод временного синхронного мультиплексирования

SONET

STS-1, OC-1         52 Мб/с STS-3, OC-3       155 Мб/с   STS-12, OC-12   622 Мб/с  STS-48, OC-48     2,5 Гб/с

двойное кольцо,

звезда,

точка-точка

оборудование  SONET/SDH

метод временного синхронного мультиплексирования

Ethernet

10 Ethernet – 10 Мбит/с   Fast Ethernet – 100Мбит/с   Gigabit Ethernet – 1 Гбит/с 10G Ethernet – 10 Гбит/с 40G Ethernet – 40 Гбит/с 100G Ethernet–100 Гбит/с

шина,  звезда

маршрутизирующий коммутатор    

метод коллективного доступа

Token Ring

 16 Мбит/с

двойное кольцо

концентратор

маркерный метод                                        

FDDI

100 Мбит/с

двойное кольцо

сетевой             FDDI-адаптер  

маркерный метод                                        

ATM

155 Мбит/с                    
622 Мбит/с                     
2,5 Гбит/с

кольцо,

звезда,

точка-точка

АТМ-коммутатор

метод асинхронного мультиплексирования

DPT

155 Мбит/с                    
622 Мбит/с                     
2,5 Гбит/с

двойное кольцо

маршрутизаторы
       Cisco 7200         
           Cisco 7500             
Cisco 12000

динамическая передача  IP-пакетов

семейство xDSL

ADSL – 3,5 Мбит/с   
HDSL – 2 Мбит/с      
SDSL – 2 Мбит/с      
VDSL – 26 Мбит/с
SHDSL– 2,32 Мбит/с 
UADSL – 384 Кбит/с   
IDSL – 144 Кбит/с

точка-точка, звезда

xDSL-модем

метод цифровой обработки сигнала

PON

APON – 155 Мбит/с
BPON – 622 Мбит/с
EPON (GEPON)– 1 Гбит/с   10 GEPON – 10 Гбит/с   GPON-1Гбит/с и 2,5Гбит/с

кольцо,
точка-точка, дерево

оптический разветвитель

метод WDM мультиплексирования и метод множественного доступа с разделением времени

Прокомментируем  вышеизложенное в Таблице 1.

- технология PDH – одна из первых технологий,  предусматривающих  цифровую передачу данных в первичной сети с помощью импульсно-кодовой модуляции (ИКМ),  т.е.  с  помощью специального коммутационного оборудования аналоговый телефонный сигнал преобразуется в цифровой информационный поток
- технология SDH представляет собой  дальнейшее развитие технологии PDH и в отличие  от последней  обеспечивает надежное управление и самодиагностику первичной сети с высокостабильной синхронизацией данных
- технология SONET представляет собой американскую версию технологии SDH
- технологию Ethernet успешно используют при построении локальных компьютерных сетей. Это первая технология, которая стала использовать  в качестве среды передачи данных оптический кабель и витую пару - что привело к невероятному росту быстродействия   Ethernet-сетей.  Скорости передачи данных дошли до 10 Гбит/с. На подходе протоколы  40 Gigabit Ethernet и 100 Gigabit Ethernet со скоростями 40 Гбит/с и 100 Гбит/с !
- технология АТМ  относительно молодая сетевая разработка,  в основу которой взята концепция транспортировки как данных, так и голосового и видео трафиков с высокими скоростями
- технология FDDI является усовершенствованной разработкой Token Ring. В главном эти конструкции идентичны, различие в скоростях передачи данных и в алгоритме кодирования информации
- технология DPT – это новейшая сетевая разработка, претендующая на международный стандарт. Основополагающей концепцией сетей DPT является эффективная приемо-передача IP-трафика
- технология xDSL, используя существующие телефонные линии, заняла свое место в сфере интерактивного доступа к абонентам, где успешно сосуществуют  телефонный аппарат и Интернет, факс и электронная почта
- технология PON – стремительно  развивающаяся  технология, позволившая  за достаточно короткий срок решить задачу подключения индивидуального пользователя к сервис-провайдеру.

Поподробнее о каждой технологи.

Технология PDH (плезиохронная цифровая иерархия) – это технология цифровых первичных (опорных) сетей, в которых используется принцип цифровой обработки аналогового телефонного сигнала (ИКМ) и метод временного мультиплексирования (TDM). Суть этого метода мультиплексирования с разделением времени заключается в следующем:  с помощью коммутатора входные абонентские каналы последовательно подключаются  к общему каналу связи на определенный интервал времени, так называемый тайм-слот, а на приемной стороне общего канала коммутатор демультиплексирует поток на отдельные выборки и распределяет их по соответствующим приемным абонентским каналам. Архитектура PDH имеет несколько иерархий скоростей и соответственно несколько каналов цифровых информационных потоков. Первый уровень, базовый для первичной сети, называется  Е1  и равен 2,048 Мбит/с  по европейскому стандарту или Т1=1,544 Мбит/с  по американскому стандарту. Этот уровень образуется из 30-ти абонентских скоростей (по 64 Кбит/с)  плюс  две служебные скорости  (32 х 64 Кбит/с)  или  из  24-х абонентов  по американским меркам плюс 8 служебных Кбит (24 х 64 Кбит/с + 8 Кбит/с).   Далее, с помощью базовых потоков Е1 и Т1 организуются другие каналы с более высоким уровнем в иерархии скоростей – Е2/Т2, Е3/Т3, Е4/Т4.  Надо отметить, что механизм синхронизации этих цифровых потоков работает на плезиохронном уровне, т.е. почти синхронном. Это приводит к тому, что преобразованные цифровые потоки разнятся по скоростям друг от друга на небольшие значения. И чтобы  сети  PDH функционировали с приемлемой надежностью, необходима дополнительная опция  выравнивания скоростей с помощью добавления специальных выравнивающих битов. Однако данная цифровая платформа в силу  своей организации не позволяет значительно увеличить скорости передачи и не обеспечивает достаточного контроля и управления данными  первичной сети.  Появилась более совершенная технология SDH, которая, используя цифровые информационные потоки PDH,  может организовать высокоскоростную и эффективную  передачу данных.

Технология SDH (синхронная цифровая иерархия) – технология цифровых первичных  и транспортных сетей.  Представляет собой  усовершенствованный вариант PDH-технологии.  Основной информационной структурой в сетях SDH является синхронный транспортный модуль с соответствующим уровнем иерархии, именуемый STM-n. Уровень STM-1 является базовым  и равен 155 Мбит/с.  Сети  SDH относятся  к классу сетей с коммутацией каналов методом синхронного мультиплексирования  с разделением времени (TDM). Концепция SDH позволяет создавать надежные транспортные сети, в которых в качестве входных данных используются  PDH-потоки.  Вся информация в системе PDH/SDH передается контейнерами С-n и виртуальными контейнерами VC-n.  Контейнер типа С-n – входная транспортная структура в первичной SDH-сети:  так в контейнер С-12 упакован поток E1, в контейнер С-3 упакован поток E3, а в контейнере С-4 упаковывается информационный поток самой         SDH-сети  модуль STM-1. Далее, перед мультиплексированием и коммутацией  в контейнер C-n вкладывается трактовая информация о маршруте – теперь такой контейнер называется виртуальным контейнером VC-n. Его еще называют единицей мультиплексирования в технологии с синхронной цифровой иерархией.  В SDH-сетях  работает  единый высокостабильный тактовый механизм – тактовая сетевая синхронизация (ТТС). Наиболее предпочтительной топологией считается  двойное кольцо – по первому кольцу передается информационный трафик, по второму – синхронизирующие данные и это кольцо активизируется для прохода основного потока только при  сбоях и аварийных ситуациях.

Технология SONET – технология цифровых первичных сетей, аналог технологии SDH. Синхронные транспортные модули в конструкции SONET именуются как STS-n (электрические сигналы) и  OC-n (лазерное инфракрасное излучение).  Первый уровень, базовый для первичной сети, STS-1 / OC-1 равен 52 Мбит/с. Третий уровень STS-3 / OC-3 соответствует первому уровню STM-1 в архитектуре SDH. Также как и в SDH-сетях  в SONET используется метод временного синхронного мультиплексирования (TDM). Таким образом, когда говорят о сетях с синхронной цифровой иерархией, подразумевают технологию c аббревиатурой  SONET/SDH.

По поводу Ethernet.  Сейчас эта технология остается самым распространенным сетевым протоколом, в котором используется метод коллективного доступа с опознаванием несущей частоты и обнаружением коллизий (CSMA/CD). Говоря простым языком, такой множественный метод доступа не позволяет создать коллизию, т.е. ситуацию одновременной передачи данных по общему каналу между абонентами. Информационной единицей является кадр. Подробнее о технологии Ethernet см. в рубрике “Полезная информация” нашего сайта  под названием “Модель ISO/OSI и стандарт IEEE 802.3 в сетях Ethernet"

Технология АТМ предусматривает асинхронный способ передачи информации ячейками фиксированного размера в 53 байта состоящего из 48 байтов данных и 5 байтов заголовка. Через посредство АТМ-коммутатора ячейки мультиплексируются по мере поступления. Такое уплотнение данных называется методом асинхронного мультиплексирования. Сети  АТМ  ориентированы на виртуальное соединение двух видов интерфейса – виртуальный канал (VC) и виртуальный путь (VI). Виртуальный канал устанавливает соединение между двумя конечными узлами (абонентами) на время их взаимодействия. Виртуальный путь состоит из нескольких виртуальных каналов и образует маршрут между коммутаторами. Синхронизация АТМ-сети обеспечивается за счет тактовой сетевой синхронизации (ТТС).Фиксированный стандарт ячейки дает гарантированное постоянное время обработки данных – что является  неоспоримым плюсом этой технологии. Концепция ATM успешно используется в сетях, где главным критерием является высококачественная, скоростная передача разнородного трафика (цифровых, голосовых и мультимедийных данных).

Технологии FDDI и Token Ring используют детерминированный маркерный метод передачи данных, а по-простому, такой способ  именуется эстафетным,  так как право передачи запускается по эстафете от абонента к абоненту. Этот  метод  предполагает обязательно кольцевую топологию расположения абонентов, причем строятся два кольца: одно кольцо является резервным в случае аварийных ситуациях или сбоях. Суть метода такова. По кольцу непрерывно вращается маркер (token), специальный управляющий пакет. Отсюда еще одно название метода – токеновый! Так вот, если маркер свободный - он дает право абоненту на передачу. Абонент, получивший свободный маркер, делает маркер занятым, присоединяет к нему свой пакет информации и пускает такую посылку по кругу. Остальные абоненты в кольце анализируют эту посылку на предмет адресата. Если абоненту не адресована посылка, он пускает ее по кругу. Если  абонент находит в посылке свой адрес, он принимает инфо, маркер помечает как принятый и пускает посылку снова по кольцу.  Передающий абонент, получивший  обратно свою посылку с отметкой о приеме, удаляет свой информационный пакет, помечает token (маркер) как свободный и отправляет чистенький token дальше по кольцу.  Все снова повторяется.

Технология DPT, разработанная фирмой Cisco Systems,  находится на стадии принятия в качестве международного стандарта для построения нового поколения городских сетей, ориентированных на провайдеров услуг по передаче IP-трафика. DPT – это технология динамической передачи IP-пакетов. Динамичность этой разработки заключается в предоставлении отправленному пакету данных кратчайший путь до абонента (узла). Идеология новейшей технологии заключается в умелом использовании  подходов по строительству уже существующих сетей, таких как: SONET/SDH, Token Ring, FDDI. Имеется в виду организация топологии двойного кольца. Это очень эффектный ход компании Cisco ! В топологии “двойное кольцо” в технологиях SONET/SDH, Token Ring, FDDI вторая кольцевая магистраль используется как резервная при сбоях, разрывах и т.п. В DPT два кольца работают в активном режиме, причем IP-пакеты вращаются по кругу в противоположных направлениях: в одном кольце – по часовой, в другом – против часовой. Такая организация потоков информации  дает возможность специальному протоколу SRP выбирать наиболее актуальный путь до приемного узла.  Интересна технология DPT еще и тем, что она достаточно мобильно может встраиваться в уже построенные SONET/SDH и Gigabit Ethernet сети. Ну, и в плане емкости сети – в DPT может быть включено гораздо больше устройств по сравнению, скажем, с той же SONET/SDH.

Семейство xDSL-технологий использует существующие абонентские линии телефонной сети общего пользования. Чтобы  такая сеть стала самодостаточной, со всеми атрибутами сетевой технологии – а это прежде всего: эффективный доступ к Интернет, интерактивная связь с абонентами,  в концепции хDSL решены три кардинальные задачи: значительно увеличена скорость передачи данных, существенно расширена пропускная способность линий, на много поднят уровень качества связи!  Первая задача выполняется за счет использования xDSL-модемов, вторая – за счет использования уникальной кодировки информации, третья – за счет внедрения метода цифровой обработки сигнала. Таким образом, семейство  xDSL достойно занимает свою нишу  среди наиболее востребованных сетевых технологий.

В технологии PON при построении оптической сети используются два метода мультиплексирования:  WDM мультиплексирование/ демультиплексирование и метод множественного доступа с разделением времени (TDMA).  WDM мультиплексирование - это   волновое спектральное уплотнение лазерного потока инфракрасных волн в одном волокне. Метод множественного (коллективного) доступа с временным разделением использует специальный механизм арбитража, исключающего случаи столкновения информационных потоков в общем канале передачи данных. Стандартно сети PON работают в интерфейсе с форматами Ethernet, обеспечивая на абонентском тракте “последняя миля”  эффективное распределение пользовательских услуг  по принципу “оптика в дом” (FTTH). Архитектура PON достаточно тривиальная.  Имеется один активный центральный узел  OLT (optical line terminal) с лазерным приемопередающим модулем (трансивером) и множество активных удаленных абонентских узлов ONT (optical network terminal, ITU-T) или ONU (optical network unit, IEEE) со своим лазерным приемопередающим модулем (трансивером). Между этими устройствами расположена полностью пассивная оптическая среда, не требующая электроэнергии и технического обслуживания и состоящая из оптических кабелей и оптических разветвителей. Внешним источником информации для OLT является Интернет-провайдер и кабельное телевидение. В центральном и в абонентских узлах  встроены WDM мультиплексы и оборудование TDMA. От ядра OLT передаются нисходящие потоки, состоящие из WDM упакованных сигналов на длинах волн 1490 нм и 1550 нм с конкретной ONT-адресацией. Эти потоки приходят на каждое абонентское устройство, где информация отфильтровывается  на предмет ONT-адрес с выходом на конкретного пользователя. Обратный (восходящий) поток  от всех абонентских устройств передается на длине волны 1310 нм. Вот в этом потоке и используется способ множественного доступа с разделением времени, чтобы исключить возможность пересечения сигналов от разных пользователей. Все ONT синхронизируются от общего времязадающего источника и каждому ONT выделяется определенный временной домен. Узел ONT должен укладывать в свой буфер полученные от своего пользователя данные до тех пор, пока не придет его временной домен. Когда приходит его временной домен, ONT вбрасывает всю накопленную в буфере информацию в восходящий поток, который принимается центральным OLT-узлом, где этот поток демультиплексируется  для дальнейшего выхода на Интернет-провайдер. Интерактивный поток на волнах 1490/1310нм через медиаконвертер и модем по витой паре подключается к компьютеру, IP-телефону. Исходящий поток  на волне 1550нм обеспечивает работу кабельного телевидения. Расстояние между OLT и ONT узлами может доходить до 20 км. Количество ONT, которое может быть встроено в OLT-сеть,  максимально составляет 64 узла.

В данной статье мы коснулись типовых технологий построения сетей передачи данных. Надеемся на понимание нашего читателя в том контексте, что из всего множества сетевых разработок были рассмотрены самые значимые и самые востребованные концепции.
Спасибо за понимание!  Автор.

Будьте в курсе!

Новости, обзоры и акции